Question

【題目】三氯乙酸（CCl3COOH）是飲用水中常見污染物，難以直接氧化降解。通過Fe/Cu微電池法和芬頓法可將三氯乙酸除去。

（1）pH=4時，向含有三氯乙酸的水樣中投入鐵屑和銅屑，通過原電池反應(yīng)生成的活性氫原子（H）將CCl3COOH脫氯后轉(zhuǎn)化為CHCl2COOH。

①原電池反應(yīng)時的負極反應(yīng)式為___。

②寫出活性氫原子（H）與CCl3COOH反應(yīng)的離子方程式：___。

③鐵屑和銅屑的總質(zhì)量一定，改變鐵屑和銅屑的質(zhì)量比，水樣中單位時間三氯乙酸的脫氯率如圖1所示，當m(Fe)/m(Cu)大于4時，鐵屑質(zhì)量越大，脫氯率越低的原因是___。

（2）取上述反應(yīng)后的溶液，向其中加入H2O2，發(fā)生圖2所示轉(zhuǎn)化，生成羥基自由基（·OH），·OH能將溶液中的CHCl2COOH等物質(zhì)進一步脫氯除去。

①圖2所示轉(zhuǎn)化中化合價未發(fā)生變化的元素是___。

②寫出圖2所示轉(zhuǎn)化中反應(yīng)Ⅱ的離子方程式：___。

③控制水樣的pH不同，所得脫氯率如圖3所示，當pH＞4后，脫氯率逐漸下降的原因是___。

④加入H2O2后需控制溶液的溫度，溫度過高時脫氯率減小的原因是___。

Answer 1

【答案】Fe-2e-=Fe2+ CCl3COOH+2H=CHCl2COOH+Cl-+H+ 形成Fe/Cu微電池的數(shù)目減少 H 2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑ Fe2+、Fe3+發(fā)生水解，濃度降低，減少了·OH的生成 H2O2發(fā)生分解

【解析】

（1）①含有三氯乙酸的水樣中投入鐵屑和銅屑，酸性環(huán)境，組成銅鋅原電池，鐵作負極，負極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+；

②原電池反應(yīng)生成的活性氫原子（H）將CCl3COOH脫氯后轉(zhuǎn)化為CHCl2COOH，活性氫原子（H）與CCl3COOH反應(yīng)的離子方程式：CCl3COOH+2H=CHCl2COOH+Cl-+H+；

③鐵屑和銅屑的總質(zhì)量一定，改變鐵屑和銅屑的質(zhì)量比，當m(Fe)/m(Cu)大于4時，鐵屑質(zhì)量越大，形成的Fe/Cu微電池數(shù)目越少，生成的活性氫速率越低，單位時間內(nèi)脫氯率越低；

（2）①上述反應(yīng)后的溶液有Fe2+，向其中加入H2O2，發(fā)生圖2所示轉(zhuǎn)化Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，H2O2轉(zhuǎn)化為羥基自由基（·OH），故鐵元素和氧元素化合價發(fā)生變化，氫元素化合價未發(fā)生變化；

②根據(jù)圖2所示轉(zhuǎn)化中，反應(yīng)Ⅱ中H2O2轉(zhuǎn)化為O2，Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，故反應(yīng)Ⅱ的離子方程式：2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑；

③酸性條件會抑制Fe3+和Fe2+的水解，隨著pH增大，Fe3+和Fe2+的水解程度增大，減小了羥基自由基的生成，因此根據(jù)脫氯率圖3所示，當pH＞4后，脫氯率逐漸下降的原因是Fe2+、Fe3+發(fā)生水解，濃度降低，減少了·OH的生成；

④由于雙氧水溶液受熱易分解，生成羥基自由基（·OH）減少，脫氯率減小，因此需控制溶液的溫度，溫度過高時脫氯率減小的原因是H2O2發(fā)生分解。