Question

6．H₂O₂是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛．
（1）某化學(xué)活動小組擬在同濃度Fe³⁺的催化下，探究H₂O₂濃度對H₂O₂分解反應(yīng)速率的影響．所用試劑：30%H₂O₂、0.1mol?L^-1Fe₂（SO₄）₃、蒸餾水．
①寫出實驗中H₂O₂分解反應(yīng)方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;Fe_{2}（SO_{4}）_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
②設(shè)計實驗方案：在不同H₂O₂濃度下，測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少（要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小）．
③根據(jù)上述實驗要求，請將表格補充完整．

物理量 實驗序號	0.1mol?L-1Fe2（SO4）3 的體積/mL	30% H2O2 的體積/mL	H2O 的體積/mL
1	0.5	15	24.5mL
2	0.5	30	9.5

④查閱資料，30%的H₂O₂的密度為1.13g/mL，若實驗測得實驗2中H₂O₂全部分解所需的時間為2min，則用H₂O₂表示該反應(yīng)在2min內(nèi)的平均速率為3.75mol?L^-1?min^-1（設(shè)溶液體積變化忽略不計）
（2）利用圖2-（a）和（b）中的信息，按圖（c）裝置（連接的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進(jìn)行實驗．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的深（填“深”或“淺”），其原因是由圖（a）可知H₂O₂分解為放熱反應(yīng)，H₂O₂分解使B瓶中溫度升高，再由圖（b）可知反應(yīng)2NO₂（g）N₂O₄（g），也是放熱反應(yīng)，升溫使平衡向左移動，C（NO₂）增大，顏色加深．

Answer 1

分析 （1）①過氧化氫在硫酸鐵作催化劑條件下分解生成水與氧氣；
②反應(yīng)速率表示單位時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化量，測定不同濃度的過氧化氫對反應(yīng)速率的影響，需要測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少；
③測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，保證催化劑的濃度應(yīng)相同，故加入硫酸鐵溶液體積不變，溶液總體積不變，都為40mL，通過改變過氧化氫和水二者體積，根據(jù)相同時間內(nèi)生成氧氣的體積說明不同H₂O₂濃度對反應(yīng)速率影響；
④化學(xué)反應(yīng)速率等于變化的濃度除以變化的時間；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動．

解答 解：（1）①過氧化氫在硫酸鐵作催化劑條件下分解生成水與氧氣，
故答案為：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}（SO_{4}）_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②反應(yīng)速率表示單位時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化量，測定不同濃度的過氧化氫對反應(yīng)速率的影響，需要測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少，
故答案為：相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少；
③測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，保證催化劑的濃度應(yīng)相同，故加入硫酸鐵溶液體積不變，溶液總體積不變，都為40mL，通過改變過氧化氫和水二者體積，根據(jù)相同時間內(nèi)生成氧氣的體積說明不同H₂O₂濃度對反應(yīng)速率影響，
故答案為：24.5mL；
④30%的H₂O₂的密度為1.13g/mL溶液的濃度為7.5mol/L，則反應(yīng)速率=7.5/2=3.75mol?L^-1?min^-1，
故答案為：3.75mol?L^-1?min^-1；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深，
故答案為：深；2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色），△H＜0是放熱反應(yīng)，且雙氧水的分解反應(yīng)也是放熱反應(yīng)．當(dāng)右邊雙氧水分解時放出的熱量會使B瓶升溫，使瓶中反應(yīng)朝逆反應(yīng)方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深．

點評 本題考查氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)速率影響因素實驗、化學(xué)反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡移動等，側(cè)重對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，注意利用控制變量法測定外界條件對反應(yīng)速率的影響，難度中等．