Question

12．雙氧水最主要的用途是漂白和殺菌消毒，在環(huán)境保護、化學合成和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用．查閱資料得知：工業(yè)上用電解KHSO₄飽和溶液制取H₂O₂，如圖所示．
（1）電解飽和KHSO₄溶液時，陽極的電極反應式為2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解時生成H₂O₂和KHSO₄，寫出該反應的化學方程式：K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄．
（2）在堿性介質中，H₂O₂有較強的還原性，可與Ag₂O反應，該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：1．
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
用H₂O₂（1）可除去工業(yè)尾氣中的Cl₂（g），生成HCl（g）和O₂（g），該反應的熱化學方程式為Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1．
（4）該同學用此法制取一定濃度的H₂O₂溶液，并進行下列實驗測定H₂O₂的質量分數(shù)．
I．將5.00mL H₂O₂溶液（密度為1g•cm^-3）置于錐形瓶中加水稀釋，再加稀硫酸酸化；
Ⅱ．用0.100 0mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定；
Ⅲ．用同樣的方法滴定，三次滴定消耗KMnO₄溶液的體積分別為20.00mL、19.98mL、20.02mL．
①操作Ⅱ中，滴入第一滴KMnO₄溶液，溶液紫紅色消失很慢，隨滴定過程中Mn²⁺的增多，溶液的紫紅色消失速率加快．Mn²⁺的作用是作催化劑．
②配平H₂O₂與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式：
2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
③原H₂O₂溶液中溶質的質量分數(shù)為3.4%．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)上用電解KHSO₄飽和溶液制取H₂O₂，電解時，陽極上硫酸根失去電子，發(fā)生氧化反應生成S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解時生成H₂O₂和KHSO₄，根據(jù)元素守恒可寫出該反應的化學方程式；
（2）在堿性介質中，H₂O₂有較強的還原性，可與Ag₂O反應，生成銀單質和水，根據(jù)電子得失守恒可知該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比；
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將①×$\frac{1}{2}$+②+③可得，H₂O₂（1）與Cl₂（g）反應生成HCl（g）和O₂（g）的反應熱，據(jù)此可寫出該反應的熱化學方程式；
（4）①根據(jù)操作Ⅱ中現(xiàn)象可知，反應生成的Mn²⁺對高錳酸鉀與雙氧水的反應有催化作用，據(jù)此答題；
②H₂O₂與酸性高錳酸鉀溶液反應中，錳元素從+5價降為+2價，氧元素從-1價變?yōu)?價，根據(jù)元素守恒和電荷守恒可書寫出反應的離子方程式：
③根據(jù)題意，三次滴定消耗KMnO₄溶液的體積平均值為20.00mL，所以KMnO₄的物質的量為0.100 0mol•L^-1×20.00mL=0.002mol，根據(jù)關系式2KMnO₄～5H₂O₂可得H₂O₂的質量，據(jù)此可求得H₂O₂溶液中溶質的質量分數(shù)．

解答 解：（1）工業(yè)上用電解KHSO₄飽和溶液制取H₂O₂，電解時，陽極上硫酸根失去電子，發(fā)生氧化反應生成S₂O₈^2-，電極反應式為2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解時生成H₂O₂和KHSO₄，根據(jù)元素守恒可知該反應的化學方程式為K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄，
故答案為：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；  K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄；
（2）在堿性介質中，H₂O₂有較強的還原性，可與Ag₂O反應，生成銀單質和水，根據(jù)電子得失守恒可知，1molH₂O₂能失去2mol電子，1molAg₂O能得2mol電子，所以反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：1，
故答案為：1：1；
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將①×$\frac{1}{2}$-②+③可得，H₂O₂（1）與Cl₂（g）反應生成HCl（g）和O₂（g）的反應熱△H=（-196.46×$\frac{1}{2}$+285.84-184.6）kJ•mol^-1=+3.01kJ•mol^-1，所以該反應的熱化學方程式為Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1 ，
故答案為：Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1；
（4）①根據(jù)操作Ⅱ中現(xiàn)象可知，反應生成的Mn²⁺對高錳酸鉀與雙氧水的反應有催化作用，作催化劑，
故答案為：作催化劑；
②H₂O₂與酸性高錳酸鉀溶液反應中，錳元素從+5價降為+2價，氧元素從-1價變?yōu)?價，根據(jù)元素守恒和電荷守恒可知反應的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，
故答案為：2、5、6、2、8、5O₂↑：
③根據(jù)題意，三次消耗KMnO₄溶液的體積分別為20.00mL、19.98mL、20.02mL，則體積平均值為：20.00mL，則消耗高錳酸根的量：0.1mol/L×0.02L=0.002mol，設雙氧水的物質的量為n，則
2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
2              5
0.002mol  n
解得n=0.005mol，所以雙氧水的質量為：0.005mol×34g/mol=0.17g，雙氧水的質量分數(shù)=$\frac{0.17g}{5.00mL×1.00g/mL}$×100%=3.4%，
故答案為：3.4%．

點評 本題既考了學生的實驗設計能力，綜合性比較強要求學生具有分析和解決問題的能力，還與生活實際相聯(lián)系，綜合性比較強．本考點經(jīng)常出現(xiàn)在實驗題中，同學們要認真掌握．本題考查難度較大．