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酸性溶液溶液中進(jìn)行模擬研究．
（1）O₃將I^-氧化成I₂的過程可發(fā)生如下反應(yīng)：
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
④O₃（g）+2I^-（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(xué)平衡：I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）其平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．在反應(yīng)的整個(gè)過程中I₃ˉ物質(zhì)的量濃度變化情況是

 

．
（3）為探究溫度對(duì)I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）△H₅反應(yīng)的影響．在某溫度T₁下，將一定量的0.2mol?L^-1 NaI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I^-反應(yīng)），在t時(shí)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(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過相同時(shí)間測得I₂（g）濃度，得到趨勢圖（見圖一）．則：

①若在T₃時(shí)，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(shí)，溶液中Iˉ濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線如圖二所示．在t₂時(shí)，將該反應(yīng)體系溫度上升到T₅，并維持該溫度．請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出t₂時(shí)刻后溶液中I^-濃度變化總趨勢曲線．
②若在T₃時(shí)，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(diǎn)）
（4）利用反應(yīng)④和圖2的信息，計(jì)算0-t₁時(shí)間段內(nèi)用I₂（aq）表示的化學(xué)反應(yīng)速率

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積來分析；
（3）①在T₃時(shí)，容器中已無O₃，所以從圖示可以知道，此時(shí)，溶液中只存在兩個(gè)平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq），根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），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(dòng)，從而使Iˉ濃度減�。�
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0.04mol/L，所以拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）的位置坐標(biāo)應(yīng)在Iˉ濃度小于0.04mol/L 處，終點(diǎn)與拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）在一條直線上．由此就可畫出t₂時(shí)刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線；
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(dòng)，氣體I₂濃度增加或者溶液溫度升高，使I₂（aq） I₂（g）△H＞0，平衡向正方向移動(dòng)，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(jì)算出用Iˉ（aq）表示的化學(xué)反應(yīng)速率，再根據(jù)（1）中反應(yīng)④的化學(xué)方程式中Iˉ（aq）與I₂（aq）的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比2：1，得出用I₂（aq）表示的化學(xué)反應(yīng)速率．

解答： 解：（1）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
④O₃（g）+2I^-（aq）+2H⁺（aq）═I₂（aq）+O₂（g）+H₂O（l）△H₄
觀察已知的4個(gè)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)物和生成物，可以知道，由④-②-①，即可得到③式，所以，△H₄-△H₂-△H₁；
故答案為：△H₄-△H₂-△H₁；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，可得反應(yīng)I₂（aq）+Iˉ（aq） I₃ˉ（aq）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c( I - 3 )

c(I2)?c(I-)

；
已知O₃將Iˉ氧化成I₂的過程中可發(fā)生4個(gè)反應(yīng)，所以在反應(yīng)的整個(gè)過程中I₃ˉ物質(zhì)的量濃度變化情況是：開始時(shí)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(qiáng)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(shí)I₂ 生成量減少，從而使I₃^-的濃度變小，
故答案為：

c( I - 3 )

c(I2)?c(I-)

；先增加后減��；
（3）①在T₃時(shí)，容器中已無O₃，所以從圖示可以知道，此時(shí)，溶液中只存在兩個(gè)平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq），根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），所以在不考慮其它因素時(shí)，I₂（g）濃度會(huì)增加，但是從圖一T₄→T₅ 所示的I₂（g）濃度變化曲線看，實(shí)際上升高溫度I_2（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(dòng)，移動(dòng)結(jié)果使I₂（aq）濃度減小，從而導(dǎo)致I_2（ag）?I_2（g）平衡逆向移動(dòng)，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(shí)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(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)，已知圖二所示的曲線是溫度在T₄時(shí)，溶液中Iˉ濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線，根由曲線分析可知反應(yīng)己達(dá)到平衡，在t₂時(shí)，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(shí)平衡必然會(huì)發(fā)生移動(dòng)，所以T₅溫度下曲線的起點(diǎn)就是T₄溫度下曲線的終點(diǎn)，坐標(biāo)位置應(yīng)為（0.09，t₂）．由于升高溫度加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，所以在T₅溫度下，達(dá)到平衡所用的時(shí)間要比T₄溫度下少，所以拐點(diǎn)出現(xiàn)所需時(shí)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(dòng)，從而使Iˉ濃度減�。�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

(0.2-0.09)mol/L

0.2mol/L

×100%-55%，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(diǎn)（平衡點(diǎn)）的位置坐標(biāo)應(yīng)在Iˉ濃度小于0.04mol/L 處，終點(diǎn)與拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）在一條直線上．由此就可畫出t₂時(shí)刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線為
故答案為：＞；；

②在T₃時(shí)，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(dòng)，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(dòng)，從而氣體I₂濃度增加．
故答案為：O₃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(dòng)，氣體I₂濃度增加或者溶液溫度升高，使I₂（aq） I₂（g）△H＞0，平衡向正方向移動(dòng)，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(jì)算出用Iˉ（aq）表示的化學(xué)反應(yīng)速率：V（I^-）=

0.11

t1

mol?L^-1?min^-1，再根據(jù)（1）中反應(yīng)④的化學(xué)方程式中Iˉ（aq）與I₂（aq）的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比2：1，得出用I₂（aq）表示的化學(xué)反應(yīng)速率：V （I₂）=

0.11

2t1

mol?L^-1?min^-1．
故答案為：

0.11

2t1

mol?L^-1?min^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了轉(zhuǎn)化率為化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡 等知識(shí)點(diǎn)，難度較大，注意對(duì)圖象進(jìn)行分析找出解題的關(guān)鍵點(diǎn)．