Question

9．反应I₂+2S₂O${\;}_{3}^{2-}$═2I^-+S₄O${\;}_{6}^{2-}$常用于精盐中碘含量测定．
（1）某同学利用该反应探究浓度对反应速率的影响．实验时均加入1mL淀粉溶液做指示剂，若不经计算，直接通过褪色时间的长短判断浓度与反应速率的关系，下列试剂中应选择②③④（填序号）．
①1mL 0.01mol•L^-1的碘水   ②1mL 0.001mol•L^-1的碘水  ③4mL 0.01mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液        ④4mL 0.001mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液
（2）若某同学选取①③进行实验，测得褪色时间为4s，计算v（S₂O${\;}_{3}^{2-}$）=8.33×10^-4mol/（L•s）．
（3）所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，200℃时，该反应的平衡常数为$\frac{1}{2.25}$，该温度下，将一定量的CO和H₂投入某10L密闭容器，5min时达平衡，各物质浓度（mol
•L^-1）变化如表：

	0min	5min	10min
CO	0.01		0.0056
H2O	0.01		0.0156
CO2	0		0.0044
H2	0		0.0044

①请计算5min时H₂O的平衡浓度0.006mol/L．
②CO的平衡转化率为40%．
③若5min～10min只改变了某一条件，该条件是增大水蒸气的浓度，如何改变的增大0.01mol/L．

Answer 1

分析 （1）用淀粉溶液做指示剂，通过褪色时间判断浓度与反应速率的关系，I₂应完全反应，蓝色褪去，采取控制变量法，碘水的浓度不变，改变Na₂S₂O₃溶液浓度，进行对比试验；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（I₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（S₂O₃^2-），注意混合后c（I₂）=$\frac{1mL×0.01mol/L}{1mL+1mL+4mL}$=$\frac{1}{6}$×0.01mol/L；
（3）①令平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，令平衡时CO₂的浓度为xmol/L，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol/L）：0.01   0.01     0       0
变化（mol/L）：x       x       x       x
平衡（mol/L）：0.01-x 0.01-x   x       x
所以$\frac{x×x}{（0.01-x）×（0.01-x）}$=$\frac{4}{9}$，解得x=0.004，
进而计算平衡时水的浓度；
②平衡转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；
③根据①计算可知，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
平衡时（mol/L）：0.006   0.006    0.004   0.004
10min时（mol/L）：0.0056 0.0156   0.0044  0.0044
根据各物质浓度变化量可知，CO浓度减小量等于二氧化碳、氢气浓度增大量，而水的浓度增大，应是增大水的浓度，可以计算水的浓度增大值．

解答 解：（1）用淀粉溶液做指示剂，通过褪色时间判断浓度与反应速率的关系，I₂应完全反应，蓝色褪去，采取控制变量法，碘水的浓度不变，改变Na₂S₂O₃溶液浓度，②1mL0.001mol•L^-1的碘水与③4mL0.01mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液、④4mL 0.001mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液反应，I₂都能完全反应；①1mL0.01mol•L^-1的碘水与④4mL 0.001mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液反应，I₂不能完全反应，蓝色不能褪去，无法判断，
故选：②③④；
（2）混合后c（I₂）=$\frac{1mL×0.01mol/L}{1mL+1mL+4mL}$=$\frac{1}{6}$×0.01mol/L，所以v（I₂）=$\frac{\frac{1}{6}×0.01mol/L}{4s}$=$\frac{1}{6}$×0.0025mol/（L•s），根据速率之比等于化学计量数之比，所以v（S₂O₃^2-）=2v（I₂）=2×$\frac{1}{6}$×0.0025mol/（L•s）=8.33×10^-4mol/（L•ms），
故答案为：8.33×10^-4mol/（L•s）；
（3）①令平衡时CO₂的浓度为xmol/L，则：
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol/L）：0.01    0.01     0        0
变化（mol/L）：x         x      x        x
平衡（mol/L）：0.01-x  0.01-x   x        x
所以$\frac{x×x}{（0.01-x）×（0.01-x）}$=$\frac{4}{9}$，解得x=0.004
所以5min达到平衡时，水的浓度为0.01mol/L-0.004mol/L=0.006mol/L，
故答案为：0.006mol/L；
②CO的平衡转化率为$\frac{0.004mol/L}{0.01mol/L}$×100%=40%，故答案为：40%；
③由①计算可知，5min平衡时各物质的量浓度为
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
平衡时（mol/L）：0.006  0.006     0.004   0.004
10min时（mol/L）：0.0056 0.0156   0.0044   0.0044
CO的浓度变化0.006mol/L-0.0056mol/L=0.0004，CO₂与H₂浓度变化0.0044mol/L-0.004mol/L=0.0004mol/L，浓度变化相等，水蒸气的浓度增大，故改变条件应是增大水蒸气的浓度，浓度增大量为0.0156mol/L+0.0044mol/L-0.01mol/L=0.01mol/L，
故答案为：增大水蒸气的浓度；增大0.01mol/L．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数应用等，计算v（S₂O₃^2-）是易错点，容易忽略混合后起始浓度变化，（3）中③注意分析物质浓度变化量判断改变条件．