Question

【题目】H2O2可降解废水中的有机物，活性炭(AC)能促进H2O2分解产生羟基自由基(·OH)，提高对水中有机化合物的降解率。实验表明，AC表面的酸碱性会影响H2O2的分解反应。实验室中，将纯化的AC在氮气(60mL·min-1)和氨气(20mL·min-1)气氛中于650℃热处理2h可制得氨气改性活性炭(ACN)。回答下列问题：

(1)纯化AC：将AC研磨后置于10％盐酸中浸泡6h除去灰分，用蒸馏水洗涤至中性。研磨的目的是_____________。为了防止放置过程中再次吸水，烘干后的AC应置于_________(填仪器名称)中备用。

(2)制备ACN：

检查装置气密性并加入药品后，加热前应进行的操作是_________，其目的是_________；一段时间后，打开电炉并加热反应管，此时活塞K1、K2、K3的状态为______________。U型管b内试剂B的作用是____________________。

(3)通过氨气改性处理后，得到的ACN表面仍有少量羧基和酚羟基，其含量可采用滴定法测定。测定羧基含量的方法：在锥形瓶中加入ACN 0.5g，加入0.05mol· L-1的X溶液a mL。上恒温摇床，吸附平衡。以甲基橙作指示剂，用0.1mol·L-1的标准盐酸反滴定剩余的X溶液，标准盐酸的平均用量为bmL。则X为________(填“NaOH”“Na2CO3”或“NaHCO3”)，计算所得活性炭表面的羧基含量为______mol·kg-1(已知：ACN中，羧基的Ka=1.0×10-4、酚羟基的Ka=5.0×10-9、碳酸的Ka1=4.2×10-7、Ka2=5.6×10-11；用含a、b的代数式表示)。

(4)某课题组以2500mg·L-1苯酚溶液为模型废水，研究AC和ACN表面的酸碱性对H2O2降解苯酚的影响，得到如下图像：

由图像可知，________(填“AC”或“ACN”)更有利于H2O2降解苯酚，原因是__________________________________。

Answer 1

【答案】增大接触面积，提高酸洗涤效率 干燥器 通入氮气 将装置内的空气赶走，以免干扰实验 关闭K1，打开K2、K3 防止烧杯中的水蒸气进入管式炉 NaHCO3 0.1a-0.2b ACN ACN表面呈碱性，有利于双氧水分解产生羟基

【解析】

（1）研磨的目的是增大接触面积，提高酸洗涤效率；为了防止放置过程中再次吸水，烘干后的AC应置于干燥器中备用，故答案为：增大接触面积，提高酸洗涤效率；干燥器；

（2）加热前应通入氮气，将装置内的空气赶走，以免干扰实验；关闭K1，打开K2、K3，打开电炉并加热反应管； U型管b内试剂B的作用是防止烧杯中的水蒸气进入管式炉，故答案为：通入氮气；将装置内的空气赶走，以免干扰实验；关闭K1，打开K2、K3；防止烧杯中的水蒸气进入管式炉；

（3）能和酚羟基反应的有：Na2CO3，NaOH；能和羧酸反应的有：Na2CO3，NaOH，NaHCO3，所以测定羧基含量用NaHCO3标准溶液；根据NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O可知，剩余的n（NaHCO3）= n（HCl）=0.1×b×10-3 mol，根据CH3COOH+ NaHCO3=CO2↑+H2O+ CH3COONa，n（CH3COOH）=（0.05×a×0-3-0.1×b×10-3）mol，羧基含量为[（0.05×a×0-3-0.1×b×10-3）/0.5×10-3]mol·kg-1=(0.1a-0.2b) mol·kg-1，故答案为：NaHCO3；0.1a-0.2b；

（4）根据图像可知，ACN苯酚剩余率更少，降解的更多，因为ACN与AC的pH相比，ACN表面显碱性，有利于双氧水分解产生羟基，故答案为：ACN；ACN表面呈碱性，有利于双氧水分解产生羟基。