Question

17．生產(chǎn)中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學(xué)興趣小組模擬該法探究有關(guān)因素對破氰反應(yīng)速率的影響（注：破氰反應(yīng)是指氧化劑將CN^-氧化的反應(yīng)）．
【相關(guān)資料】
①氰化物主要是以CN^-和[Fe（CN）₆]^3-兩種形式存在．
②Cu²⁺可作為雙氧水氧化法破氰處理過程中的催化劑；Cu²⁺在偏堿性條件下對雙氧水分解影響較弱，可以忽略不計(jì)．
③[Fe（CN）₆]^3-較CN^-難被雙氧水氧化，且pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越穩(wěn)定，越難被氧化．
【實(shí)驗(yàn)過程】
在常溫下，控制含氰廢水樣品中總氰的初始濃度和催化劑Cu²⁺的濃度相同，調(diào)節(jié)含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水溶液的用量，設(shè)計(jì)如下對比實(shí)驗(yàn)：
（l）請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>	初始pH	廢水樣品體積/mL	CuSO4溶液的體積/mL	雙氧水溶液的體積/mL	蒸餾水的體積/mL
①	為以下實(shí)驗(yàn)操作參考	7	60	10	10	20
②	廢水的初始pH對破氰反應(yīng)速率的影響	12	60	10	10	20
③	雙氧水的濃度對破氰反應(yīng)速率的影響	7	60	10	20	10

實(shí)驗(yàn)測得含氰廢水中的總氰濃度（以CN^-表示）隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示．
（2）實(shí)驗(yàn)①中20～60min時(shí)間段反應(yīng)速率：υ（CN^-）=0.0175mol•L^-1•min^-1．
（3）實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②結(jié)果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應(yīng)速率減小，其原因可能是初始pH增大，催化劑Cu²⁺會(huì)形成Cu（OH）₂沉淀，影響了Cu²⁺的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）₆]^3-較中性和酸性條件下更穩(wěn)定，難以氧化）（填一點(diǎn)即可）．在偏堿性條件下，含氰廢水中的CN^-最終被雙氧水氧化為HCO₃^-，同時(shí)放出NH₃，試寫出該反應(yīng)的離子方程式：CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-．
（4）該興趣小組同學(xué)要探究Cu²⁺是否對雙氧水氧化法破氰反應(yīng)起催化作用，請你幫助他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證上述結(jié)論，完成下表中內(nèi)容．（己知：廢水中的CN^-濃度可用離子色譜儀測定）

實(shí)驗(yàn)步驟（不要寫出具體操作過程）	預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
分別取等體積、等濃度的含氰廢水于甲、乙兩支試管中，再分別加入等體積、等濃度的雙氧水溶液，只向甲試管中加入少量的無水硫酸銅粉末，用離子色譜儀測定相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)兩支試管中的CN-濃度	相同時(shí)間內(nèi)，若甲試管中的CN-濃度小于乙試管中的CN-濃度，則Cu2+對雙氧水破氰反應(yīng)起催化作用；若兩試管中的CN-濃度相同，則Cu2+對雙氧水破氰反應(yīng)不起催化作用

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)的目的是調(diào)節(jié)含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水溶液的用量，應(yīng)分別檢測廢水的初始pH對破氯反應(yīng)速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應(yīng)速率的影響；
（2）根據(jù)v=$\frac{△C}{△t}$，進(jìn)行計(jì)算求解；
（3）pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越穩(wěn)定，越難被氧化，破氰反應(yīng)速率減小；根據(jù)條件結(jié)合氧化還原反應(yīng)的知識(shí)解答；
（4）分別取溫度相同、體積、濃度相同的含氰廢水的試樣兩等份，滴加過氧化氫，一份中加入少量的無水硫酸銅粉末，另一份不加，用用離子色譜儀測定廢水中的CN^一濃度來做對比實(shí)驗(yàn)．

解答 解：（1）影響該反應(yīng)的因素有pH以及雙氧水的濃度，實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑閺U水的初始pH對破氰反應(yīng)速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應(yīng)速率的影響，其它量應(yīng)不變，而且總體積不變，蒸餾水的體積為10mL，所以雙氧水的體積為20mL，
故答案為：雙氧水的濃度對破氰反應(yīng)速率的影響；10；20； 
（2）根據(jù)v=v=$\frac{△C}{△t}$=$\frac{（1.4-0.7）mol•{L}^{-1}}{（60-20）min}$=0.0175mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.0175；
（3）pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越穩(wěn)定，越難被氧化，所以破氰反應(yīng)速率減��；因?yàn)榍鑿U水中的CN^一最終被雙氧水氧化為HC0₃，其中的碳由+2價(jià)變成+4價(jià)，1mol轉(zhuǎn)移2mol的電子，而過氧化氫1mol也轉(zhuǎn)移2mol的電子，所以CN^一和H₂O₂的物質(zhì)的量之比為1：1，所以反應(yīng)的離子方程式為：CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-，
故答案為：初始pH增大，催化劑Cu²⁺會(huì)形成Cu（OH）₂沉淀，影響了Cu²⁺的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）₆]^3-較中性和酸性條件下更穩(wěn)定，難以氧化）；CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-；
（4）分別取溫度相同、體積、濃度相同的含氰廢水的試樣兩等份，滴加過氧化氫，一份中加入少量的無水硫酸銅粉末，另一份不加，用用離子色譜儀測定廢水中的CN^一濃度，如果在相同時(shí)間內(nèi)，若甲試管中的CN^-濃度小于乙試管中的CN^-濃度，則Cu²⁺對雙氧水破氰反應(yīng)起催化作用，反之則不起催化作用，故答案為：

實(shí)驗(yàn)方案（不要求寫出具體操作過程）	預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
分別取等體積、等濃度的含氰廢水于甲、乙兩支試管中，再分別加入等體積、等濃度的雙氧水溶液，只向甲試管中加入少量的無水硫酸銅粉末，用離子色譜儀測定相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)兩支試管中的CN-濃度	相同時(shí)間內(nèi)，若甲試管中的CN-濃度小于乙試管中的CN-濃度，則Cu2+對雙氧水破氰反應(yīng)起催化作用；若兩試管中的CN-濃度相同，則Cu2+對雙氧水破氰反應(yīng)不起催化作用

點(diǎn)評 本題考查外界條件的變化對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，學(xué)生要清楚在研究一個(gè)變量引起速率變化的時(shí)候，其它的量應(yīng)該相同，另還要學(xué)會(huì)以用對比實(shí)驗(yàn)，來得出結(jié)論，有一定的難度．