H2O2作為綠色氧化劑被應(yīng)用于廢水處理、造紙和化學(xué)合成等行業(yè)。
(1)已知:H2(g)+12O2(g)═H2O(l)△H1=-285.8kJ?mol-1
H2(g)+O2(g)═H2O2(l)△H2=-135.8kJ?mol-1
①H2(g)與O2(g)的反應(yīng)中,在熱力學(xué)上更有利的產(chǎn)物是H2OH2O,原因是△H均減小,但是△H1比△H2更小,根據(jù)△H-T△S,產(chǎn)生H2O的反應(yīng)趨勢更大△H均減小,但是△H1比△H2更小,根據(jù)△H-T△S,產(chǎn)生H2O的反應(yīng)趨勢更大。
②常溫下,H2O2分解的熱化學(xué)方程式為2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)△H=-300.0kJ?mol-12H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)△H=-300.0kJ?mol-1。
(2)我國科學(xué)家使用Ag9團(tuán)簇作催化劑,研究H2O2的合成。各步驟的活化能和反應(yīng)熱,如表所示,利用計(jì)算機(jī)模擬反應(yīng)歷程如圖1所示(TS表示過渡態(tài),…表示被催化劑吸附的物種)。
1
2
步驟 | 過濾態(tài) | Ea/kJ?mol-1 | △H/kJ?mol-1 | |
A | Ag9…O2+H2→H-Ag9…OOH | TS1 | 74.1 | +68.7 |
B | H-Ag9…OOH+H2→H-Ag9-H…H2O2 | TS2 | 108.7 | -27.2 |
C | H-Ag9-H+O2→HOO…Ag9-H | TS3 | 78.4 | -75.4 |
D | HOO-Ag9-H→Ag9-H2O2 | TS4 | 124.7 | +31.3 |
D
D
(填字母)的能壘(活化能),可以較大幅度提高合成反應(yīng)的速率。②反應(yīng)歷程中2到3斷裂的化學(xué)鍵為
AB
AB
(填序號)。A.O2中的氧氧鍵 B.H2中的氫氫鍵 C.Ag9…OOH中的氧氫鍵
(3)利用陰陽極同步放電產(chǎn)生H2O2和過硫酸銨[(NH4)2S2O8]的原理如圖2所示。陽極上放電的離子是
S2O82-
S2O82-
,陰極的電極反應(yīng)式為O2+2H++2e-=H2O2
O2+2H++2e-=H2O2
。(4)常溫下,H2O2分解速率方程v=0.0625?c(H2O2)mg?L-1?s-1,c(H2O2)隨時(shí)間變化如表:
c(H2O2)(mg?L-1) | 1000.0 | 8000.0 | 4000.0 | 2000.0 | 1000.0 |
分解時(shí)間(s) | 0 | 7 | 23 | 39 | 55 |
500
500
mg?L-1?s-1;②當(dāng)c(H2O2)降為5000.0mg?L-1時(shí),分解時(shí)間為
16
16
s。【答案】H2O;△H均減小,但是△H1比△H2更小,根據(jù)△H-T△S,產(chǎn)生H2O的反應(yīng)趨勢更大;2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)△H=-300.0kJ?mol-1;D;AB;S2O82-;O2+2H++2e-=H2O2;500;16
【解答】
【點(diǎn)評】
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(1)圖1的四個(gè)過程中能量轉(zhuǎn)化形式有
A.2種 B.3種 C.4種 D.4種以上
(2)電解過程要消耗大量的電能,而使用微生物作催化劑在陽光下也能分解水.
2H2O(1)2H2(g)+O2(g)△H 1 2H2O(1)通電2H2(g)+O2(g)△H2光照催化劑
以上反應(yīng)的△H1
(3)已知H2O(l)→H2O(g)△H=+44kJ.mol-1,依據(jù)圖2能量變化寫出氫氣燃燒生產(chǎn)液態(tài)水的熱化學(xué)方程式
(4)氫能利用需要選擇合適的儲氫材料.
①NaBH4是一種重要的儲氫載體,能與水反應(yīng)生成NaBO2,且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
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