Question

9．生產中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學興趣小組模擬該法探究有關因素對破氰反應速率的影響（注：破氰反應是指氧化劑將CN^-氧化的反應）．
【相關資料】
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．
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．
【實驗過程】
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，設計如下對比實驗：
（l）請完成以下實驗設計表（表中不要留空格）

實驗 序號	實驗目的	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	為以下實驗操作參考	7	60	10	10	20
②	廢水的初始pH對破氰反應速率的影響	12	60	10	10	20
③	雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響	7	60	10	20	10

實驗測得含氰廢水中的總氰濃度（以CN^-表示）隨時間變化關系如圖所示．

（2）實驗①中20～60min時間段反應速率：υ（CN^-）=0.0175mol•L^-1•min^-1．
（3）實驗①和實驗②結果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應速率減小，其原因可能是初始pH增大，催化劑Cu²⁺會形成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^-，同時放出NH₃，試寫出該反應的離子方程式：CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-．
（4）該興趣小組同學要探究Cu²⁺是否對雙氧水氧化法破氰反應起催化作用，請你幫助他設計實驗并驗證上述結論，完成下表中內容．（己知：廢水中的CN^-濃度可用離子色譜儀測定）

實驗步驟（不要寫出具體操作過程）	預期實驗現(xiàn)象和結論

Answer 1

分析 （1）實驗的目的是調節(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，應分別檢測廢水的初始pH對破氯反應速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$，進行計算求解；
（3）pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越穩(wěn)定，越難被氧化，破氰反應速率減小；根據(jù)條件結合氧化還原反應的知識解答；
（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^一濃度來做對比實驗．

解答 解：（1）影響該反應的因素有pH以及雙氧水的濃度，實驗目的為廢水的初始pH對破氰反應速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響，其它量應不變，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速率的影響；10；20； 
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.4-0.7}{60-20}$=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，所以破氰反應速率減小；因為氰廢水中的CN^一最終被雙氧水氧化為HC0₃，其中的碳由+2價變成+4價，1mol轉移2mol的電子，而過氧化氫1mol也轉移2mol的電子，所以CN^一和H₂O₂的物質的量之比為1：1，所以反應的離子方程式為：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，如果在相同時間內，若甲試管中的CN^-濃度小于乙試管中的CN^-濃度，則Cu²⁺對雙氧水破氰反應起催化作用，反之則不起催化作用，
故答案為：

實驗方案（不要求寫出具體操作過程）	預期實驗現(xiàn)象和結論
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時間內兩支試管中的CN-濃度	相同時間內，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+對雙氧水破氰反應不起催化作用

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點評 本題考查外界條件的變化對化學反應速率的影響，為高頻考點，題目難度中等，注意在研究一個變量引起速率變化的時候，其它的量應該相同，另還要學會以用對比實驗，來得出結論，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．