Question

大氣中的部分碘源于O₃對(duì)海水中I^－的氧化。將O₃持續(xù)通入NaI溶液中進(jìn)行模擬研究。

（1）O₃將I^－氧化成I₂的過(guò)程由3步反應(yīng)組成：

①I^－(aq)+ O₃(g)=IO^－(aq)+O₂(g)              △H₁

②IO^－(aq)+H⁺(aq)HOI(aq)    △H₂

③HOI(aq)+ I^－(aq)+ H⁺(aq)I₂(aq)+H₂O(l)    △H₃

總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____，其反應(yīng)△H=______。

（2）在溶液中存在化學(xué)平衡：I₂(aq)+I^－(aq)I₃^－(aq)，其平衡常數(shù)表達(dá)式為_(kāi)______。

（3）為探究Fe²⁺對(duì)氧化I^－反應(yīng)的影響（反應(yīng)體系如圖），某研究小組測(cè)定兩組實(shí)驗(yàn)中I₃^－濃度和體系pH，結(jié)果見(jiàn)圖和下表。

      

編號(hào)	反應(yīng)物	反應(yīng)前pH	反應(yīng)后pH
第1組	O3+ I－	5.2	11.0
第2組	O3+ I－+ Fe2+	5.2	4.1

 

①第1組實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)致反應(yīng)后pH升高的原因是_______。

②圖13中的A為           。由Fe³⁺生成A的過(guò)程能顯著提高I^－的轉(zhuǎn)化率，原因是_______。

③第2組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行18s后，I₃^－下降。導(dǎo)致下降的直接原因有（雙選）______。

A．c(H⁺)減小     B．c(I^－)減小     C．I₂(g)不斷生成      D．c(Fe³⁺)增加

（4）據(jù)圖14，計(jì)算3～18s內(nèi)第2組實(shí)驗(yàn)中生成I₃^－的平均反應(yīng)速率（寫出計(jì)算過(guò)程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

 

Answer 1

【答案】

（1）2NaI+O₃+H₂SO₄Na₂SO₄+I₂+O₂+H₂O（2分，其他合理答案也給分）

△H₁+△H₂+△H₃（1分）

（2）或c(I₃^－)/[c(I₂)?c(I^－)]（2分）

（3）①臭氧將碘離子氧化為I₂的離子方程式為2 I^－+O₃+2H⁺I₂+O₂(g)+H₂O，既消耗氫離子又生成水，導(dǎo)致溶液的酸性減弱、pH升高（或者O₃將I^－氧化成I₂的②③步反應(yīng)為IO^－(aq)+H⁺(aq) HOI(aq)、HOI(aq)+ I^－(aq)+ H⁺(aq) I₂(aq)+H₂O(l)，它們不僅消耗氫離子，而且還生成了水）（2分，其他合理表達(dá)也給分）

②Fe²⁺（1分）   因?yàn)镕e³⁺可以將I^－直接氧化成I₂或2Fe³⁺+2I^－==2Fe²⁺+I₂，使溶液中c(I₂)增大，促使I₂(aq)+I^－(aq)I₃^－(aq)的平衡右移，消耗的c(I^－)增多（2分，其他合理說(shuō)法也給分）

③BC（3分，錯(cuò)選不給分，少選且選對(duì)給1分）

（4）生成I₃^－的平均反應(yīng)速率v(I₃^－)==≈5.5×10^－4mol/(L?s)（3分，其他合理答案也給分）

【解析】

（1）臭氧將碘離子氧化成碘單質(zhì)的過(guò)程由3步反應(yīng)組成，觀察已知3個(gè)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)物和生成物，不難發(fā)現(xiàn)①+②+③不僅可以約去中間產(chǎn)物或中間反應(yīng)物[如IO^－(aq)、HOI(aq)]，而且可得總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，即2 I^－(aq)+ O₃(g) +2H⁺(aq) I₂(aq) +O₂(g)+H₂O(l)，根據(jù)蓋斯定律可得其焓變△H=△H₁+△H₂+△H₃；氫離子表示強(qiáng)酸，如硫酸等，將臭氧持續(xù)通入NaI溶液中，總反應(yīng)的化學(xué)方程式可以是2NaI+O₃+H₂SO₄Na₂SO₄+I₂+O₂+H₂O或2NaI+O₃+H₂SO₄===Na₂SO₄+I₂+O₂+H₂O等；

（2）由化學(xué)平衡常數(shù)定義式可得，I₂(aq)+ I^－(aq) I₃^－(aq)的平衡常數(shù)表達(dá)式為或c(I₃^－)/[c(I₂)?c(I^－)]；

（3）①導(dǎo)致前者反應(yīng)后pH升高的原因是臭氧將碘離子氧化為I₂的總反應(yīng)的離子方程式為2I^－+O₃+2H⁺I₂+O₂(g)+H₂O（或者第②③步反應(yīng)的反應(yīng)物中都有氫離子，第③步反應(yīng)的生成物中有水），既消耗氫離子又生成水，導(dǎo)致溶液的酸性減弱、pH升高；②第一組實(shí)驗(yàn)無(wú)催化劑，O₃將I^－氧化成I₂分3步進(jìn)行，第②③步反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，因此I^－的轉(zhuǎn)化率很�。坏诙�組實(shí)驗(yàn)有催化劑，能加快反應(yīng)速率，改變反應(yīng)的路徑，使發(fā)生反應(yīng)所需活化能降低，催化劑的加入將總反應(yīng)的離子方程式（2I^－+O₃+2H⁺I₂+O₂+H₂O）一分為二，先后反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+O₃+2H⁺==2Fe³⁺+O₂+H₂O、2Fe³⁺+2I^－==2Fe²⁺+I₂，且催化劑在反應(yīng)前后的總質(zhì)量保持不變，因此圖13中A為Fe²⁺；雖然催化劑（或Fe²⁺）不能使總反應(yīng)2 I^－(aq)+ O₃(g) +2H⁺(aq) I₂(aq) +O₂(g)+H₂O(l)所達(dá)平衡移動(dòng)，但是它改變反應(yīng)的路徑，由鐵離子生成亞鐵離子的過(guò)程能顯著提高碘離子的轉(zhuǎn)化率的原因是Fe³⁺可以將I^－直接氧化成I₂或2Fe³⁺+2I^－==2Fe²⁺+I₂，使溶液中c(I₂)增大，進(jìn)而使I₂(aq)+I^－(aq) I₃^－(aq)的平衡右移，二者導(dǎo)致消耗的c(I^－)增多；③對(duì)比表格中第1、2組實(shí)驗(yàn)前后pH可得，第1組pH增大，c(H⁺)減小，圖中第1組實(shí)驗(yàn)所得I₃^－濃度曲線先略為增大后幾乎不變，第2組pH減小，c(H⁺)增大，圖中第2組實(shí)驗(yàn)所得I₃^－濃度曲線先顯著增大后逐漸減小至無(wú)，根據(jù)上述分析可得，若c(H⁺)減小，I₃^－濃度不會(huì)下降，A項(xiàng)錯(cuò)誤；若c(I^－)減小，則反應(yīng)③HOI(aq)+I^－(aq)+H⁺(aq)I₂(aq)+H₂O(l)的平衡左移，c(I₂)也減小，導(dǎo)致I₂(aq)+I^－(aq) I₃^－(aq)的平衡左移，所以I₃^－濃度下降，B項(xiàng)正確；若I₂(g)不斷生成，導(dǎo)致I₂(aq)I₂(g)的溶解平衡右移，既使溶液中c(I₂)減小，又使 I₂(aq)+I^－(aq)I₃^－(aq)的平衡左移，則I₃^－濃度下降，C項(xiàng)正確；若c(Fe³⁺)增加，F(xiàn)e³⁺將I^－直接氧化成I₂或發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+2I^－==2Fe²⁺+I₂，則溶液中c(I₂)增大，而海水中c(I^－)略為減小或忽略不計(jì)，導(dǎo)致I₂(aq)+I^－(aq)I₃^－(aq)的平衡右移，I₃^－濃度增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤；

（4）讀圖14，3～18s內(nèi)第2組實(shí)驗(yàn)中I₃^－濃度由 3.5×10^－3mol/L增加到11.8×10^－3mol/L，則生成I₃^－的平均反應(yīng)速率v(I₃^－)==≈5.5×10^－4mol/(L?s)，此問(wèn)需要注意縱坐標(biāo)中 “c(I₃^－)/ 10^－3mol?L^－1”隱含的信息，計(jì)算時(shí)需要圖中所得數(shù)據(jù)乘以“×10^－3 mol?L^－1”。

【考點(diǎn)定位】本題以大氣中的部分碘源于O₃對(duì)海水中I^－的氧化為背景考查了考生對(duì)中學(xué)化學(xué)的重要原理掌握情況；考查考生對(duì)熱化學(xué)方程式含義、蓋斯定律的理解，以及利用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱計(jì)算的能力�？疾榭忌鷮�(duì)化學(xué)反應(yīng)可逆性、平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫的理解程度；考查考生考查考生正確判斷、解釋和說(shuō)明有關(guān)化學(xué)現(xiàn)象和問(wèn)題的能力；考查考生對(duì)濃度、催化劑等外界因素對(duì)平衡移動(dòng)的影響等知識(shí)的理解；考查考生讀解圖表、提取信息的能力；考查考生對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率概念、計(jì)算方法以及影響速率的因素的了解和理解。