Question

（15分）氰化物有剧毒，氰化电镀会产生大量含氰化物的废水，该电镀含氰废水中的氰化物主要是以CN^一和[Fe(CN)₆]^3-两种形式存在。研究表明可采用双氧水氧化法处理电镀含氰废水。某化学兴趣小组模拟双氧水氧化法探究有关因素对该破氰反应速率的影晌（破氰反应是指氧化剂将CN^－氧化的反应）。

【查阅资料】

①Cu^2＋可作为双氧水氧化法废水处理过程中的催化剂；

②Cu^2十在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱，可以忽略不计；

③[Fe(CN)₆]^3-较CN^一难被双氧水氧化，pH越大，[Fe(CN)₆]^3-越稳定，越难被氧化。

［实脸设计］

在常温下，控制含氰废水样品中总氰的初始浓度和催化剂Cu²⁺的浓度相同，调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量，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	初始pH	废水样品体积mL	CuSO4溶液的体积/mL	双氧水溶液的体积/mL	蒸馏水的体积mL
①	为以下实验作参考	7	60	10	10	20
②	废水的初始pH对破氰反应速率的影响	12	60	10	10	20
③						10

【数据处理］

实验测得含氰废水中的总氰浓度（以CN^一表示）随时间变化关系如下图所示。

（2）实验①中20——60 min时间段反应速率v(CN^-）= ____mol·L^-1∙min^-1。

【解释和给论］

（3）实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是______

（填一点即可）。

在偏碱性条件下，含氰废水中的CN^一最终被双氧水氧化为HCO₃^- ,同时放出NH₃,试写出该反应的离子方程式：

（4）该兴趣小组同学要探究Cu²⁺是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，请你帮助他设计实脸并验证上述结论，完成下表中内容。

（己知：废水中的CN^一浓度可用离子色谱仪测定）

实验步骤（不要求写出具体操作过程）	预期实验现象和结论

Answer

（1）（5分，第1空2分，后面4个空共3分，只要填错1个均给0分）

实验编号

实验目的

初始pH

废水样品体积/mL

CuSO4溶液的体积/mL

双氧水溶液的体积/mL

蒸馏水的体积/mL

③

双氧水的浓度对破氰反应速率的影响

7

60

10

20

（2）0.0175（2分）

（3）初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu(OH)2沉淀，影响了Cu2+的催化作用

（或初始pH增大，[Fe(CN)6]3- 较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化）（2分）

CN− +H2O2+H2O==NH3↑+HCO3−（2分）

（4）（每空2分）

实验方案（不要求写出具体操作过程）

预期实验现象和结论

分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN−浓度

相同时间内，若甲试管中的CN− 浓度小于乙试管中的CN− 浓度，则Cu2+ 对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN− 浓度相同，则Cu2+ 对双氧水破氰反应不起催化作用

【解析】

试题分析：（1）由于该实验是在常温下，控制含氰废水样品中总氰的初始浓度和催化剂Cu2+的浓度相同，调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量，以实验①为参考，实验②是调节废水的pH来测定pH对实验的影响，所以实验③是控制浓度双氧水溶液的用量，测定对实验速率的影响。与实验①比较，只有双氧水的体积不同，其余都相同。即：初始pH是7；废水样品体积60ml，CuSO4溶液的体积10mL，双氧水溶液的体积20mL，蒸馏水的体积是10mL. （2）实验①中20——60 min时间段反应速率v(CN-）=(1.4mol/L-0.7mol/L)÷40min=0.0175mol·L-1∙min-1；（3）实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu(OH)2沉淀，影响了Cu2+的催化作用（或初始pH增大，[Fe(CN)6]3- 较中性和酸性条件下更稳定，更难以被氧化）；在偏碱性条件下，含氰废水中的CN一最终被双氧水氧化为HCO3- ,同时放出NH3。则根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得该反应的离子方程式是CN− +H2O2+H2O==NH3↑+HCO3−；（4）分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN−浓度，相同时间内，若甲试管中的CN− 浓度小于乙试管中的CN− 浓度，则Cu2+ 对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN− 浓度相同，则Cu2+ 对双氧水破氰反应不起催化作用。

考点：考查化学反应速率的计算、化学实验方案的设计、评价及原因控制的知识。