Question

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Fe^2＋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298 K或313 K(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/K	pH	c/10^－^3 mol·L^－^1
H2O2	Fe^2^＋
①	为以下实验作参照	298	3	6.0	0.30
②	探究温度对降解反应速率的影响
③		298	10	6.0	0.30

[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50～150 s内的反应速率：

v(p－CP)＝________mol·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：_____________________________

(4)实验③得出的结论是：pH等于10时，________。

[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：________。

Answer

(1)

实验编号

实验目的

T/K

pH

c/10－3 mol·L－1

H2O2

Fe2＋

①

探究温度对降解反应速率的影响

313

3

6.0

0.30

③

探究溶液的pH对降解反应速率的影响

(2)8.0×10－6

(3)H2O2在温度过高时迅速分解

(4)反应不能进行

(5)在溶液中加入碱溶液，使溶液的pH大于或等于10(其他合理答案均可)

【解析】(1)依题意可知②的实验温度为313 K，实验对比是建立在其它条件相同前提下，故pH应与①的相同。若改变pH，其它条件不变可探究溶液pH对反应速率的影响。

(2)实验①曲线中，50～150 s时。

Δc(p－CP)＝1.2×10－3 mol·L－1－0.4×10－3 mol·L－1＝0.8×10－3 mol·L－1，所以v(p－CP)＝＝8.0×10－6 mol·L－1·s－1。

(3)在降解反应中，H2O2新产生的自由基起氧化作用，温度过高，H2O2因热稳定性差而分解，导致降解反应速率下降。

(4)由双曲线③可知，pH＝10时，c(p－CP)基本不变，反应趋于停止。

(5)由(4)得到启示：在pH＝10溶液中，反应速率趋于零，可将所取样加入NaOH溶液中(使pH＝10)；化学反应速率随温度降低而降低，故亦可用迅速大幅降温法。