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1.Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物.现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响.
【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表),设计如下对比实验:
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)
实验编号实验目的T/KpHc/10-3 mol•L-1
H2O2Fe2+
为以下实验作参照29836.00.30
探究温度对降解反应速率的影响3
298106.00.30
【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如上图
(2)请根据上图实验①曲线,计算降解反应50~150s内的反应速率:v(p-CP)=8.0×10-6mol•L-1•s-1
【解释与结论】
(3)实验①、②表明温度升高,降解反应速率增大.但后续研究表明:温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因:H2O2在温度过高时迅速分解;
(4)实验③得出的结论是:pH等于10时,反应不能(填“能”或“不能”)进行;
【思考与交流】
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来.根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法:在溶液中加入碱溶液,使溶液的pH大于或等于10.

分析 (1)对比实验的基本思想是控制变量法,可以在温度相同时,变化浓度,或者在浓度相等时,变化温度;
(2)根据反应速率公式V=$\frac{△c}{△t}$计算平均反应速率;
(3)根据过氧化氢在温度较高时易分解的角度分析;
(4)根据图象曲线③的变化判断;
(5)根据曲线③中溶液pH对反应速率的影响角度判断改变的反应条件.

解答 解:(1)对比实验的关键是控制变量,实验②探究温度对降解反应速率的影响,则②中除了温度不同以外,其它量必须与实验①相同,则温度、双氧水浓度、亚铁离子浓度分别为:313K、6.0、0.30;实验③中除了pH与①不同外,其它量完全相同,则探究的是溶液的pH对降解反应速率的影响,
故答案为:

实验编号实验目的T/KpHc/10-3 mol•L-1
H2O2Fe2+
探究温度对降解反应速率的影响3136.00.30
探究溶液的pH对降解反应速率的影响
(2)根据图象可知,曲线①中在50s时的浓度为1.2×10-3mol/L,在150s时浓度为0.4×10-3mol/L,
则50~150s内的平均反应速率为:v(p-CP)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{(1.2-0.4)×1{0}^{-3}mol•{L}^{-1}}{(150-50)s}$=8.0×10-6 mol/(L.s),
故答案为:8.0×10-6
(3)温度较高时,过氧化氢不稳定易分解,所以温度过高时反而导致降解反应速率减小,
故答案为:H2O2在温度过高时迅速分解;
(4)通过图象曲线变化可知,当pH=10,随着时间的变化,其浓度基本不变,即反应速率趋向于零(或该降解反应趋于停止),说明pH等于10时的条件下,有机物p-CP不能降解,
故答案为:不能;
(5)根据曲线③可以得出,该反应在pH=10的溶液中停止,故可在反应液中加入碱溶液,使溶液的pH迅速增大,从而使反应停止,
故答案为:在溶液中加入碱溶液,使溶液的pH大于或等于10.

点评 本题考查化学反应速率的影响因素,题目难度中等,注意掌握影响化学反应速率的因素,明确设计对比实验时,只能改变一个条件,否则无法确定影响因素,试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力.

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(1)配制NH4Fe(SO42标准溶液时,使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外,还需要图中的ac(填字母代号).

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溶液/mL
H2O/mL反应温度
/℃
溶液变蓝所用时间t/s
6.010.04.015t1
6.014.0015t2
6.0ab25t3
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(填“>”、“=”或“<”)

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