Question

16．“碘鐘”實驗中，3I^-（aq）+S₂O₈^2-（aq）?I₃^-（aq）+2SO₄^2- （aq）的反應(yīng)速率可以用I₃^-與加入的淀粉溶液顯藍(lán)色的時間t來度量，t越小，反應(yīng)速率越大．某探究性學(xué)習(xí)小組在20℃進(jìn)行實驗，記錄的數(shù)據(jù)如下表：

實驗編號	①	②	③	④	⑤
c（I-）/mol•L-1	0.040	0.080	0.080	0.160	0.160
c（ S2O82-）/mol•L-1	0.040	0.040	0.080	0.080	0.040
t/s	88	44	22	11	t1

（1）寫出反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$．
（2）反應(yīng)中發(fā)生反應(yīng)的I^-與被氧化的I^-的物質(zhì)的量比為3：2．
（3）該實驗的目的是研究I^-、S₂O₈^2-濃度對反應(yīng)速率的影響；顯色時間t₁=22s；若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，請估算該反應(yīng)顯色的時間應(yīng)為11s．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
（2）根據(jù)方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相結(jié)合形成的微粒，故發(fā)生反應(yīng)的I^-與被氧化的I^-的物質(zhì)的量比為3：2；
（3）由題目中表格數(shù)據(jù)可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）濃度越大，反應(yīng)速率越快，顯藍(lán)色所需時間越少，故實驗?zāi)康膽?yīng)是研究反應(yīng)物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應(yīng)速率的影響；對比數(shù)據(jù)組①和②、數(shù)據(jù)組②和③、數(shù)據(jù)組③和④、數(shù)據(jù)組①和③，分析當(dāng)其中一個變量（即一種反應(yīng)物濃度）保持不變時，反應(yīng)時間的變化（即反應(yīng)速率的變化），然后分析當(dāng)兩個變量同時變化一定的倍數(shù)時，反應(yīng)時間的變化（即反應(yīng)速率的變化），就可以得出其中的規(guī)律，據(jù)此計算顯色時間．

解答 解：（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)為生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積，則k=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$，
故答案為：$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$；
（2）根據(jù)方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相結(jié)合形成的微粒，故發(fā)生反應(yīng)的I^-與被氧化的I^-的物質(zhì)的量比為3：2，故答案為：3：2；
（3）由題目中表格數(shù)據(jù)可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）濃度越大，反應(yīng)速率越快，顯藍(lán)色所需時間越少，故實驗?zāi)康膽?yīng)是研究反應(yīng)物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應(yīng)速率的影響；對比數(shù)據(jù)組①和②、③和④，可以看到，c （S₂O₈^2-）不變，c （I^-）增大到2倍時，反應(yīng)時間縮短了一半，即反應(yīng)速率加快了一倍；
對比數(shù)據(jù)組②和③，可以看到，c （I^-）不變，c （S₂O₈^2-）增大到2倍時，反應(yīng)時間縮短了一半，即反應(yīng)速率也加快了一倍；
對比數(shù)據(jù)組對比數(shù)據(jù)組①和③，可以看到，c （I^-）和c （S₂O₈^2-）均增大到2倍時，反應(yīng)時間為原反應(yīng)時間的1/4，即反應(yīng)速率加快了4倍；可見兩個反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)速率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是：反應(yīng)物濃度每增加一倍，反應(yīng)時間就減少一倍，對于兩個反應(yīng)物來說都是如此，
可得出結(jié)論：反應(yīng)速率與反應(yīng)物起始濃度乘積成正比；
對比實驗①和⑤，實驗⑤的c （I^-）為實驗①的4倍，而c （S₂O₈^2-）保持不變，由此可計算實驗⑤的反應(yīng)時間應(yīng)為實驗①反應(yīng)時間的1/4，即t₁=88s×$\frac{1}{4}$=22s；
若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，c （I^-）為實驗①的16倍，而c （S₂O₈^2-）是實驗①的$\frac{1}{2}$，則顯色時間為實驗①的$\frac{1}{8}$，即11s，
故答案為：研究反應(yīng)物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應(yīng)速率的影響；22；11s．

點評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、氧化還原反應(yīng)、影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素，難點是學(xué)生對圖表的觀察、分析以及學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析、整理、歸納等方面的思維能力，難度中等．