Question

2．碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途．回答下列問題：
（1）大量的碘富集在海藻中，用水浸取后濃縮，再向濃縮液中加MnO₂和H₂SO₄，即可得到I₂，寫出該反應的離子方程式2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O．
（2）一種碘和氧的化合物（I₄O₉），可以稱為碘酸碘，則I₄O₉中碘元素的化合價是CD．
A．-1       B．+1       C．+3       D．+5
（3）若IOH是兩性化合物，寫出IOH的酸式電離的電離方程式IOH?H⁺+IO^-．
（4）已知反應2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=+11kJ•mol^-1，1mol H₂（g）、1mol I₂（g）分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436kJ、151kJ的能量，則1mol HI（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為299kJ．
（5）Bodensteins研究了下列反應：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）．在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分數(shù)x（HI）與反應時間t的關系如表：

t/min	0	20	40	60	80	120
x（HI）	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784
x（HI）	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

①根據(jù)上述實驗結果，該反應的平衡常數(shù)K的計算式為：$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$．
②上述反應中，正反應速率為υ_正=k_正•x²（HI），逆反應速率為υ_逆=k_逆•x（H₂）•x（I₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，則k_逆為$\frac{{K}_{正}}{K}$（以K和k_正表示）．
③由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到υ_正～x（HI）和υ_逆～x（H₂）的關系可用如圖表示．當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為AE（填字母）．

Answer 1

分析 （1）海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反應中I元素發(fā)生氧化反應，Mn元素被還原，還原產(chǎn)物應為硫酸錳；
（2）根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，結合碘酸碘的化學式進行解答本題；
（3）若IOH是兩性化合物，IOH的酸式電離生成次碘酸根離子和氫離子；
（4）正反應為吸熱反應，化學鍵斷裂時需吸收的能量-化學鍵生成時需放出的能量=反應吸收的熱量；
（5）①表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反應進行建立平衡，由第一列數(shù)據(jù)可知，平衡時HI物質(zhì)的量分數(shù)為0.784，則氫氣、碘蒸汽總物質(zhì)的量分數(shù)為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸汽物質(zhì)的量分數(shù)相等均為0.108，反應前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量分數(shù)代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$計算；
②到達平衡時，正、逆反應速率相等，結合平衡常數(shù)表達式，可知k_逆的表達式；
③升高溫度，正、逆反應速率均加快，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，正反應建立平衡，平衡時HI的物質(zhì)的量分數(shù)減小，逆反應建立平衡，平衡時H₂的物質(zhì)的量分數(shù)增大．

解答 解：（1）海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反應中I元素發(fā)生氧化反應，Mn元素被還原，還原產(chǎn)物應為硫酸錳，反應的離子方程式為：2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O，
故答案為：2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；
（2）由題意，碘和氯有相似的化學性質(zhì)，則碘酸根中碘元素的化合價與氯酸根中氯元素的化合價相同；氯酸鉀中鉀元素顯+1價，氯酸根的化合價為-1價，則碘酸根的化合價也為-1價；設氯酸根中氯元素的化合價是x，則x+（-2）×3=-1，x=+5價；因此碘酸根（IO₃）中碘元素化合價也為+5價；
碘酸根（IO₃）顯-1價，設I（IO₃）₃中碘元素的化合價是y，根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，可得：y+（-1）×3=0，則y=+3價．
這種化合物中碘的化合價分別是+3和+5價．
故答案為：CD；
（3）若IOH是兩性化合物，IOH的酸式電離生成次碘酸根離子和氫離子，電離方程式為：IOH?H⁺+IO^-，
故答案為：IOH?H⁺+IO^-；
（4）設1molHI（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為x kJ，則：2x kJ-436kJ-151kJ=11kJ，解得x=299，
故答案為：299；
（5）①表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反應進行建立平衡，由第一列數(shù)據(jù)可知，平衡時HI物質(zhì)的量分數(shù)為0.784，則氫氣、碘蒸汽總物質(zhì)的量分數(shù)為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸汽物質(zhì)的量分數(shù)相等均為0.108，反應前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量分數(shù)代替濃度計算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$，
故答案為：$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$；
②到達平衡時，正、逆反應速率相等，則k_正x²（HI）=k_逆x（H₂）x（I₂），則k_逆=k_正×$\frac{{x}^{2}（HI）}{x（{H}_{2}）x（{I}_{2}）}$=$\frac{{K}_{正}}{K}$，
故答案為：$\frac{{K}_{正}}{K}$；
③對于2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）反應建立平衡時：
升高溫度，正、逆反應速率均加快，因此排除C點，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡正向移動，再次平衡時HI的物質(zhì)的量分數(shù)減小，因此排除B點，故選A點；
對于H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）反應建立平衡時：
升高溫度，正、逆反應速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡逆向移動，再次平衡時H₂的物質(zhì)的量分數(shù)增大，故選E點；
因此反應重新達到平衡，v_正～x（HI）對應的點為A，v_逆～x（H₂）對應的點為E，
故答案為：A；E．

點評 本題比較綜合，涉及考查氧化還原反應、反應熱計算、化學平衡常數(shù)計算、化學反應速率計算及影響因素、平衡移動等，屬于拼合型題目，側重考查學生自學能力、分析解決問題的能力，注意表中數(shù)據(jù)為不同方向建立的平衡，題目中沒有明確，增大題目難度，題目難度中等．