Question

大氣中的部分碘源于O3對海水中Iˉ的氧化。將O3持續(xù)通入NaI酸性溶液溶液中進行模擬研究。

（1）O3將Iˉ氧化成I2的過程可發(fā)生如下反應(yīng)：

①Iˉ（aq）+ O3（g）= IOˉ(aq) + O2（g） △H1

②IOˉ（aq）+H+(aq) HOI(aq) 　 △H2

③HOI(aq) + Iˉ(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l)? △H3

④O3（g）+2Iˉ（aq）+2H+（aq）= 　I2(aq) + O2（g）+ H2O(l)? △H4

則△H3與△H1、△H2、△H4之間的關(guān)系是：△H3? = ????? 。

（2）在溶液中存在化學平衡： I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)其平衡常數(shù)表達式為????? 。在反應(yīng)的整個過程中I3ˉ物質(zhì)的量濃度變化情況是????? 。

（3）為探究溫度 對I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)? △H5? 反應(yīng)的影響。在某溫度T1下，將一定量的0.2 mol·L-1NaI酸性溶液置于密閉容器中，并充入一定量的O3（g）（O3氣體不足，不考慮生成物O2與 Iˉ反應(yīng)），在t時刻，測得容器中I2（g）的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下，保持其它初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得I2（g）濃度，得到趨勢圖（見圖一）。則：

①若在T3時，容器中無O3， T4～T5溫度區(qū)間容器內(nèi)I2（g）濃度呈現(xiàn)如圖一所示的變化趨勢，則△H5????? 0(填＞、＝或＜)；該條件下在溫度為T4時，溶液中Iˉ濃度隨時間變化的趨勢曲線如圖二所示。在t2時，將該反應(yīng)體系溫度上升到T5，并維持該溫度。請在圖2中畫出t2時刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線。

??? ②若在T3時，容器中還有O3，則T1～T2溫度區(qū)間容器內(nèi)I2（g）濃度呈現(xiàn)如圖一所示的變化趨勢，其可能的原因是????? 。（任寫一點）

（4）利用反應(yīng)④和圖2的信息，計算0-t1時間段內(nèi)用I2(aq)表示的化學反應(yīng)速率????? 。

 

Answer 1

【答案】

（1）△H4-△H2-△H1 ；????? （2） ?? ; 先增加后減小；

（3）①＞? ；

②O3繼續(xù)氧化I-使溶液中I2濃度增加，使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移動，氣體I2濃度增加；溶液溫度升高，使I2(aq) I2(g) △H>0，平衡向正方向移動，氣體I2濃度增加；（兩條理由任寫一點給2分）

(4)0.11/2t1 mol·L-1·min-1（2分）

【解析】

試題分析：（1） 觀察已知的4個熱化學方程式中的反應(yīng)物和生成物，可以知道，由④式減②式減①式，即可得到③式，所以，△H3= △H4－△H2－△H1。

（2）依據(jù)平衡常數(shù)的定義可得反應(yīng)I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)的平衡常數(shù)表達式為：。已知O3將Iˉ氧化成I2的過程中可發(fā)生4個反應(yīng)，所以在反應(yīng)的整個過程中I3ˉ物質(zhì)的量濃度變化情況是：開始時隨著O3的通入，O3可以將I－氧化成I2，I2與I－結(jié)合形成I3－，從而使I3ˉ物質(zhì)的量濃度增大；由于O3具有極強氧化性，通入的O3還可以將I－氧化為IO－和氧氣，隨著O3的持續(xù)通入，O3將一部分I－氧化為IO－和氧氣，使I－消耗量增大，同時I2 生成量減少，從而使I3－的濃度變小。

（3）①在T3時，容器中已無O3，所以從圖示可以知道，此時，溶液中只存在兩個平衡：I2（ag) I2（g) ，和 I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq) ，根據(jù)I2（ag) I2（g) △H>0，升高溫度，I2（ag)傾向于生成I2（g)，所以在不考慮其它因素時，I2(g)濃度會增加，但是從圖一T4→T5 所示的I2(g)濃度變化曲線看，實際上升高溫度I2（g)濃度減少，那么只能判斷是溫度升高致使平衡I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq) 正向移動，移動結(jié)果使I2(aq)濃度減小，從而導致I2（ag) I2（g)平衡逆向移動，使I2(g)濃度減小，由此可以判斷△H5＞0，I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)是吸熱反應(yīng)。

要畫出t2時刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線，必須首先確定曲線的起點、拐

點和終點，已知圖二所示的曲線是溫度在T4時，溶液中Iˉ濃度隨時間變化的趨勢曲線，根由曲線分析可知反應(yīng)己達到平衡，在t2時，反應(yīng)體系溫度上升到T5，并維持該溫度，是改變的反應(yīng)條件（升高溫度），此時平衡必然會發(fā)生移動，所以T5溫度下曲線的起點就是T4溫度下曲線的終點，坐標位置應(yīng)為（0.09，t2）。由于升高溫度加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間，所以在T5溫度下，達到平衡所用的時間要比T4溫度下少，所以拐點出現(xiàn)所需時間比T4溫度下少。由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)正向移動，從而使Iˉ濃度減小。結(jié)合圖二中的數(shù)據(jù)可知，T4溫度下Iˉ轉(zhuǎn)化濃度為0.11mol/L，轉(zhuǎn)化率為 所以T5溫度下Iˉ的轉(zhuǎn)化率為一定大于55%，Iˉ的平衡濃度要小于0.09mol/L－(0.09mol/L×55%)≈0.04mol/L。所以拐點（平衡點）的位置坐標應(yīng)在Iˉ濃度小于0.04mol/L 處，終點與拐點（平衡點）在一條直線上。由此就可畫出t2時刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線（見答案）。

? ② 在T3時，容器中還有O3，則T1～T2溫度區(qū)間容器內(nèi)I2（g）濃度呈現(xiàn)如圖一所示的變化趨勢，可能是：a.由于容器中還有O3，O3繼續(xù)氧化I-使溶液中I2濃度增加，從而使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移動，氣體I2濃度增加；b. 體系的溫度升高，使I2(aq) I2(g) △H>0，平衡向正方向移動，從而氣體I2濃度增加。

（4） 根據(jù)圖二所示Iˉ濃度的數(shù)據(jù)可計算出用Iˉ(aq)表示的化學反應(yīng)速率：

V(I－) = ，再根據(jù)（1）中反應(yīng)④的化學方程式中Iˉ(aq)與I2(aq)的化學計量數(shù)之比2 : 1，得出用I2(aq)表示的化學反應(yīng)速率：V (I2) = 。

考點：化學反應(yīng)與能量、化學反應(yīng)速率、化學平衡