Question

16．“碘钟”实验中，3I^-（aq）+S₂O₈^2-（aq）?I₃^-（aq）+2SO₄^2- （aq）的反应速率可以用I₃^-与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大．某探究性学习小组在20℃进行实验，记录的数据如下表：

实验编号	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）写出反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$．
（2）反应中发生反应的I^-与被氧化的I^-的物质的量比为3：2．
（3）该实验的目的是研究I^-、S₂O₈^2-浓度对反应速率的影响；显色时间t₁=22s；若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，请估算该反应显色的时间应为11s．

Answer 1

分析 （1）平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
（2）根据方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相结合形成的微粒，故发生反应的I^-与被氧化的I^-的物质的量比为3：2；
（3）由题目中表格数据可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）浓度越大，反应速率越快，显蓝色所需时间越少，故实验目的应是研究反应物I^-与S₂O₈^2-的浓度对反应速率的影响；对比数据组①和②、数据组②和③、数据组③和④、数据组①和③，分析当其中一个变量（即一种反应物浓度）保持不变时，反应时间的变化（即反应速率的变化），然后分析当两个变量同时变化一定的倍数时，反应时间的变化（即反应速率的变化），就可以得出其中的规律，据此计算显色时间．

解答 解：（1）反应的平衡常数为生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积，则k=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$，
故答案为：$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$；
（2）根据方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相结合形成的微粒，故发生反应的I^-与被氧化的I^-的物质的量比为3：2，故答案为：3：2；
（3）由题目中表格数据可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）浓度越大，反应速率越快，显蓝色所需时间越少，故实验目的应是研究反应物I^-与S₂O₈^2-的浓度对反应速率的影响；对比数据组①和②、③和④，可以看到，c （S₂O₈^2-）不变，c （I^-）增大到2倍时，反应时间缩短了一半，即反应速率加快了一倍；
对比数据组②和③，可以看到，c （I^-）不变，c （S₂O₈^2-）增大到2倍时，反应时间缩短了一半，即反应速率也加快了一倍；
对比数据组对比数据组①和③，可以看到，c （I^-）和c （S₂O₈^2-）均增大到2倍时，反应时间为原反应时间的1/4，即反应速率加快了4倍；可见两个反应物的浓度和反应速率之间的数学关系是：反应物浓度每增加一倍，反应时间就减少一倍，对于两个反应物来说都是如此，
可得出结论：反应速率与反应物起始浓度乘积成正比；
对比实验①和⑤，实验⑤的c （I^-）为实验①的4倍，而c （S₂O₈^2-）保持不变，由此可计算实验⑤的反应时间应为实验①反应时间的1/4，即t₁=88s×$\frac{1}{4}$=22s；
若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，c （I^-）为实验①的16倍，而c （S₂O₈^2-）是实验①的$\frac{1}{2}$，则显色时间为实验①的$\frac{1}{8}$，即11s，
故答案为：研究反应物I^-与S₂O₈^2-的浓度对反应速率的影响；22；11s．

点评 本题考查化学平衡常数、氧化还原反应、影响化学反应速率的外界因素，难点是学生对图表的观察、分析以及学生对实验数据的分析、整理、归纳等方面的思维能力，难度中等．