Question

臭氧可用于凈化空氣、飲用水的消毒、處理工業廢物和作氧化劑.
（1）臭氧幾乎可與除鉑、金、銥、氟以外的所有單質反應。如:6Ag(s)+O₃(g)=3Ag₂O(s) ΔH=-235.8kJ/mol.已知2Ag₂O(s)=4Ag(s)+O₂(g) ΔH=+62.2kJ/mol,則常溫下反應: 2O₃(g)=3O₂(g)的ΔH=                      .
（2）科學家P.Tatapudi等人首先使用在酸性條件下電解水的方法制得臭氧。臭氧在陽極周圍的水中產生,電極反應式為3H₂O-6e^-=O₃↑+6H⁺,陰極附近溶解在水中的氧氣生成過氧化氫,其電極反應式為                    。
（3）O₃在堿性條件下可將Na₂SO₄氧化成Na₂S₂O₈。寫出該反應的化學方程式為：                        
           
（4）所得的Na₂S₂O₈溶液可降解有機污染物4-CP。原因是Na₂S₂O₈溶液在一定條件下可產生強氧化性自由基（SO₄^-·）。通過測定4-CP降解率可判斷Na₂S₂O₈溶液產生SO₄^-·的量。某研究小組設計實驗探究了溶液酸堿性、Fe²⁺的濃度對產生SO₄^-·的影響。
①溶液酸堿性的影響：其他條件相同，將4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，結果如圖a所示。由此可知：溶液酸性增強，                （填 “有利于”或“不利于”）Na₂S₂O₈產生SO₄^-·。
②Fe²⁺濃度的影響：相同條件下，將不同濃度的FeSO₄溶液分別加入c(4-CP)=1.56×10^-4 mol·L^－1、c(Na₂S₂O₈)=3.12×10^-3 mol·L^－1的混合溶液中。反應240 min后測得實驗結果如圖b所示。已知 S₂O₈^2­- + Fe²⁺= SO₄^-·+ SO₄^2- + Fe³⁺。則由圖示可知下列說法正確的是：_________________（填序號）

A．反應開始一段時間內， 4-CP降解率隨Fe2+濃度的增大而增大，其原因是Fe2+能使Na2S2O8產生更多的SO4-·。

B．Fe2+是4-CP降解反應的催化劑

C．當c(Fe2+)過大時，4-CP降解率反而下降，原因可能是Fe2+會與SO4—．發生反應，消耗部分SO4—．。

D．4-CP降解率反而下降，原因可能是生成的Fe3+水解使溶液的酸性增強，不利于降解反應的進行。

③當c(Fe²⁺)＝3.2 ×10^-3 mol·L^－1時，4-CP降解的平均反應速率的計算表達式為               。

Answer 1

（1）-285.0KJ.mol^-1（3分）
（2）3O₂ + 6H⁺ +6e^- = 3H₂O₂（或O₂ +2H⁺ +2e^- = H₂O₂） （3分）
（3）2Na₂SO₄ + O₃ + H₂O = Na₂S₂O₈ + 2NaOH + O₂ （3分）
（4） ①有利于  （2分）
②AC（2分）
③ （3分）

試題分析:（1）根據蓋斯定律，所求方程式可由3×②-1×①而得，所以ΔH="3×(+62.2kJ/mol)" -2×(-235.8kJ/mol)= -285.0KJ.mol^-1 。
（2）由于電解水法制臭氧實質是電解溶解有氧氣的水溶液3O₂ + 3H₂O = O₃↑+3H₂O₂ ，雖然酸性條件下，但算不參加反應，所以電解過程中陽極發生的氧化反應為H2O失電子變成臭氧，而不能是OH-，陰極發生的還原反應為O2得電子變成H2O2，所以陰極電極反應式為：O₂ +2H⁺ +2e^- = H₂O₂ ，若要陰陽極得失電子統一，也可寫成3O₂ + 6H⁺ +6e^- = 3H₂O₂ 。
（3）O₃在堿性條件下將Na₂SO₄氧化成Na₂S₂O₈的反應是一個氧化還原反應，要注意的是O3的性質和O2相比，臭氧有較強的氧化性，而且不穩定，容易變成為O2，所以在該反應中，O3中O原子不是全部做氧化劑，部分化合價不變；而Na₂SO₄ 中S由+6價→+7價，所以找出相應的氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物后，用缺項配平書寫化學方程式得：2Na₂SO₄ + O₃ + H₂O = Na₂S₂O₈ + 2NaOH + O₂ 。
（4）①圖a中明顯可以看出，隨著橫坐標pH的增大，4-CP降解率逐漸減小，而起到降解作用的是具有強氧化性的自由基（SO₄^-·），所以講解率降低說明強氧化自由基減少，所以酸性增強才有利于Na₂S₂O₈產生SO₄^-·。
②根據圖b可以看出，開始的一段時間內隨著橫坐標Fe²⁺濃度增大，4-CP降解率在增大，所以說明在這段時間內，Fe²⁺能使Na₂S₂O₈產生更多的SO₄^-·，A正確。強氧化性自由基是通過S₂O₈^2­- + Fe²⁺= SO₄^-·+ SO₄^2- + Fe³⁺反應產生的，所以Fe²⁺ 不是講解反應的催化劑，B錯誤；因為自由基SO₄^-·有強氧化性，所以若Fe²⁺ 濃度過大，則來不及反應的Fe²⁺ 會被生成的自由基氧化，導致自由基減少，降解率下降，C正確，D錯誤；故選AC。
③當c(Fe²⁺)＝3.2 ×10^-3 mol·L^－1時,從圖像b中可以找到此時的降解率52.4%，而初始濃度為c(4-CP)=1.56×10^-4 mol·L^－1 ，所以在240min內的反應速率v=△C/△t=。