大学化学, 2016, 31(10): 105-105 doi: 10.3866/PKU.DXHX201609001

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第48届国际化学奥林匹克试题(续)

江万权1, 朱平平1, 王颖霞2, 裴坚,2

The Test for 48th International Chemical Olympiad(Continued)

江 万权1, 朱 平平1, 王 颖霞2, 裴 坚,2

通讯作者: 裴坚, Email: jianpei@pku.edu.cn

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江万权, 朱平平, 王颖霞, 裴坚. 第48届国际化学奥林匹克试题(续). 大学化学[J], 2016, 31(10): 105-105 doi:10.3866/PKU.DXHX201609001

江 万权, 朱 平平, 王 颖霞, 裴 坚. The Test for 48th International Chemical Olympiad(Continued). University Chemistry[J], 2016, 31(10): 105-105 doi:10.3866/PKU.DXHX201609001

第4题总分的8%

动力学研究在水处理中的应用

工业废物是导致水污染的主要原因,实验室开展的动力学研究为废液处理提供支持。作为工业用溶剂和副产物的1,4-二氧杂环已烷,俗称二氧六环(C4H8O2),是一种严重污染水体的有机物。它可以被氧化剂如过二硫酸根、臭氧或者过氧化氢等氧化成为无害的化学物质。

在温度T = 303.15 K,以AgNO3为催化剂、过二硫酸钾(K2S2O8)为氧化剂,进行二氧六环氧化的动力学研究,得到如下数据。通过测定未反应的过二硫酸根监控反应过程。研究中所用AgNO3的浓度为1.00 × 10-3 mmol∙dm-3

  

实验二氧六环实验mmol∙dm-3K2S2O8mmol∙dm-3初速率mmol∙dm-3∙min-1
10.01002.501.661 × 10-2
20.01005.103.380 × 10-2
30.0050013.89.200 × 10-2
40.011013.89.201 × 10-2

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许多国家饮用水中二氧六环的最高许可值设定为0.35 μg∙dm-3

某一水样,二氧六环起始浓度为40.00 μg∙dm-3。假设氧化l mol二氧六环需消耗l mol过二硫酸根。研究中所用AgNO3的浓度为1.00 × 10mmol∙dm-3

4.1.1 计算要使水样中的二氧六环浓度达到许可值,氧化反应过程需要进行多长时间(单位:分钟),温度为303.15 K,K2S2O8的起始浓度为5.0 × 10-6mol∙dm-3。假定上述实验得到的速率关系在这些条件下依然有效。

对于过二硫酸根氧化二氧六环的反应,业有不同的机理。Misra和Ghosh (1963)给出的机理如下:

4.1.2假设Ag(Ⅲ)处于稳态,导出二氧六环氧化过程的速率方程。

4.1.3如下说法哪个或哪些是正确的?

A)在二氧六环浓度非常高时,根据4.1.2所给机理得到的速率方程和4.1.1中的实验数据相符合。

B)在二氧六环浓度非常低时,根据4.1.2所给机理得到的速率方程和4.1.1中的实验数据相符合。

C)在二氧六环浓度非常高时,表观反应速率常数的单位为dm3∙mol-1∙s-1

D)在二氧六环浓度非常低时,表观反应速率常数的单位为dm3∙mol-1∙s-1

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参考文献

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