Question

H₂O₂作为绿色氧化剂被应用于废水处理、造纸和化学合成等行业。

（1）已知：H₂(g)+O₂(g)=H₂O(l)    ΔH₁=－285.8kJ·mol^-1

H₂(g)+O₂(g)=H₂O₂(l)    ΔH₂=－135.8kJ·mol^-1

①H₂(g)与O₂(g)的反应中，在热力学上更有利的产物是__，原因是__。

②常温下，H₂O₂分解的热化学方程式为__。

（2）我国科学家使用Ag9团簇作催化剂，研究H₂O₂的合成。各步骤的活化能和反应热，如表所示，利用计算机模拟反应历程如图所示（TS表示过渡态，∙∙∙表示被催化剂吸附的物种）。

Ag9团簇上生成H₂O₂的活化能E_a和反应热

步骤	过渡态	Ea/kJmol^-1	/ kJmol^-1
A	Ag9O2+H2 Ag9OOH	TS1	74.1	+68.7
B	H—Ag9OOH+ H2H—Ag9—HH2O2	TS2	108.7	-27.2
C	H—Ag9—H+ O2HOOAg9—H	TS3	78.4	-75.4
D	HOOAg9—HAg9H2O2	TS4	124.7	+31.3

①通过降低步骤___（填字母）的能垒（活化能），可以较大幅度提高合成反应的速率。

②反应历程中2到3断裂的化学键为___（填序号）。

A.O₂中的氧氧键       B.H₂中的氢氢键      C.Ag9∙∙∙OOH中的氧氢键

（3）利用阴阳极同步放电产生H₂O₂和过硫酸铵[(NH₄)₂S₂O₈]的原理如图所示。阳极上放电的离子是___，阴极的电极反应式为___。

（4）常温下，H₂O₂分解速率方程v=0.0625·c(H₂O₂)mg·L^-1·s^-1，c(H₂O₂)随时间变化如下表：

C(H2O2) (mgL^-1)	10000.0	8000.0	4000.0	2000.0	1000.0
分解时间(s)	0	7	23	39	55

①当c(H₂O₂)=8000.0mg·L^-1时，v=__mg·L^-1·s^-1；

②当c(H₂O₂)降为5000.0mg·L^-1时，分解时间为___s。

Answer

H2O ΔS均减小，但是ΔH1比ΔH2更小，产生H2O的反应趋势更大 2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1 D AB SO42- O2+2H++2e-=H2O2 500 16

【解析】

可以通过来判断反应的趋势；化学反应速率是由反应速率最慢的步骤决定的；根据电解池装置，硫酸根离子在阳极失电子生成S2O82-，氧元素化合价降低，过氧化氢在阴极生成。

（1）①从热力学趋势来看相同反应物反应时，两反应的ΔS均减小，但是ΔH1比ΔH2更小，根据，产生H2O的反应趋势更大。

②根据盖斯定律，由反应1-反应2可得出H2O2分解的热化学方程式为2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1。

（2）①需要较大幅度提高合成反应的速率，取决于反应的决定反应速率的步骤，那就看每步反应的活化能的大小，由表格数据可知步骤D的活化能最大，因此通过降低步骤D的能垒（活化能），可以较大幅度提高合成反应的速率。

②反应历程中2到3反应的方程式为Ag9∙∙∙O2+H2H-Ag9∙∙∙OOH，可知O2中氧氧键与H2中氢氢键均断裂。

（3）根据电解池装置可知，硫元素化合价升高，故硫酸根离子在阳极失电子生成S2O82-；而阴极发生还原反应，氧气得电子与氢离子生成过氧化氢，电极反应式为O2+2H++2e-=H2O2。

（4）①当c(H2O2)=8000.0mg·L-1时，分解速率v=0.0625·c(H2O2)mg·L-1·s-1=（0.06258000.0）mg·L-1·s-1=500 mg·L-1·s-1。

②对比过氧化氢浓度减少一半量和时间之间关系，可以发现过氧化氢浓度减少一半所用的时间为定值，均为16s，故当c(H2O2)从10000 mg·L-1降为5000.0mg·L-1时，分解时间为16s。