问题 实验题

Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。

[实验设计] 控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298 K或313 K(其余实验条件见下表),设计如下对比实验。

(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验编号实验目的T/KpHc/103 mol·L1
H2O2Fe2
为以下实验作参照29836.00.30
探究温度对降解反应速率的影响    
 298106.00.30
 

[数据处理] 实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如上图。

(2)请根据上图实验①曲线,计算降解反应50~150 s内的反应速率:

v(p-CP)=________mol·L-1·s-1

[解释与结论]

(3)实验①、②表明温度升高,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因:_____________________________

(4)实验③得出的结论是:pH等于10时,________。

[思考与交流]

(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法:________。

答案

(1)

实验编号实验目的T/KpHc/103 mol·L1
H2O2Fe2
探究温度对降解反应速率的影响31336.00.30
探究溶液的pH对降解反应速率的影响    
 

(2)8.0×10-6

(3)H2O2在温度过高时迅速分解

(4)反应不能进行

(5)在溶液中加入碱溶液,使溶液的pH大于或等于10(其他合理答案均可)

(1)依题意可知②的实验温度为313 K,实验对比是建立在其它条件相同前提下,故pH应与①的相同。若改变pH,其它条件不变可探究溶液pH对反应速率的影响。

(2)实验①曲线中,50~150 s时。

Δc(p-CP)=1.2×10-3 mol·L-1-0.4×10-3 mol·L-1=0.8×10-3 mol·L-1,所以v(p-CP)==8.0×10-6 mol·L-1·s-1

(3)在降解反应中,H2O2新产生的自由基起氧化作用,温度过高,H2O2因热稳定性差而分解,导致降解反应速率下降。

(4)由双曲线③可知,pH=10时,c(p-CP)基本不变,反应趋于停止。

(5)由(4)得到启示:在pH=10溶液中,反应速率趋于零,可将所取样加入NaOH溶液中(使pH=10);化学反应速率随温度降低而降低,故亦可用迅速大幅降温法。

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