Question

大气中的部分碘源于O₃对海水中I^-的氧化．将O₃持续通入NaI酸性溶液溶液中进行模拟研究．
（1）O₃将I^-氧化成I₂的过程可发生如下反应：
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
则△H₃与△H₁、△H₂、△H₄之间的关系是：△H₃=

 

．
（2）在溶液中存在化学平衡：I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）其平衡常数表达式为

 

．在反应的整个过程中I₃ˉ物质的量浓度变化情况是

 

．
（3）为探究温度对I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）△H₅反应的影响．在某温度T₁下，将一定量的0.2mol?L^-1 NaI酸性溶液置于密闭容器中，并充入一定量的O₃（g）（O₃气体不足，不考虑生成物O₂与I^-反应），在t时刻，测得容器中I₂（g）的浓度．然后分别在温度为T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得I₂（g）浓度，得到趋势图（见图一）．则：

①若在T₃时，容器中无O₃，T₄～T₅温度区间容器内I₂（g）浓度呈现如图一所示的变化趋势，则△H₅

 

0（填＞、=或＜）；该条件下在温度为T₄时，溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线如图二所示．在t₂时，将该反应体系温度上升到T₅，并维持该温度．请在图2中画出t₂时刻后溶液中I^-浓度变化总趋势曲线．
②若在T₃时，容器中还有O₃，则T₁～T₂温度区间容器内I₂（g）浓度呈现如图一所示的变化趋势，其可能的原因是

 

．（任写一点）
（4）利用反应④和图2的信息，计算0-t₁时间段内用I₂（aq）表示的化学反应速率

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）利用盖斯定律进行计算；
（2）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积来分析；
（3）①在T₃时，容器中已无O₃，所以从图示可以知道，此时，溶液中只存在两个平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq），根据I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高温度，I_2（ag）倾向于生成I_2（g），由于该反应是吸热反应，升高温度能使平衡I₂（aq）+Iˉ（aq） I₃ˉ（aq）正向移动，从而使Iˉ浓度减小；
T₅温度下Iˉ的转化率为一定大于55%，Iˉ的平衡浓度要小于0.04mol/L，所以拐点（平衡点）的位置坐标应在Iˉ浓度小于0.04mol/L 处，终点与拐点（平衡点）在一条直线上．由此就可画出t₂时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线；
②O₃继续氧化I^-使溶液中I₂浓度增加，使I₂（aq） I₂（g）平衡向正方向移动，气体I₂浓度增加或者溶液温度升高，使I₂（aq） I₂（g）△H＞0，平衡向正方向移动，气体I₂浓度增加；
（4）根据图二所示Iˉ浓度的数据可计算出用Iˉ（aq）表示的化学反应速率，再根据（1）中反应④的化学方程式中Iˉ（aq）与I₂（aq）的化学计量数之比2：1，得出用I₂（aq）表示的化学反应速率．

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
观察已知的4个热化学方程式中的反应物和生成物，可以知道，由④-②-①，即可得到③式，所以，△H₄-△H₂-△H₁；
故答案为：△H₄-△H₂-△H₁；
（2）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，可得反应I₂（aq）+Iˉ（aq） I₃ˉ（aq）的平衡常数表达式K=

c( I - 3 )

c(I2)?c(I-)

；
已知O₃将Iˉ氧化成I₂的过程中可发生4个反应，所以在反应的整个过程中I₃ˉ物质的量浓度变化情况是：开始时随着O₃的通入，O₃可以将I^-氧化成I₂，I₂与I^-结合形成I₃^-，从而使I₃ˉ物质的量浓度增大；由于O₃具有极强氧化性，通入的O₃还可以将I^-氧化为IO^-和氧气，随着O₃的持续通入，O₃将一部分I^-氧化为IO^-和氧气，使I^-消耗量增大，同时I₂ 生成量减少，从而使I₃^-的浓度变小，
故答案为：

c( I - 3 )

c(I2)?c(I-)

；先增加后减小；
（3）①在T₃时，容器中已无O₃，所以从图示可以知道，此时，溶液中只存在两个平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq），根据I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高温度，I_2（ag）倾向于生成I_2（g），所以在不考虑其它因素时，I₂（g）浓度会增加，但是从图一T₄→T₅ 所示的I₂（g）浓度变化曲线看，实际上升高温度I_2（g）浓度减少，那么只能判断是温度升高致使平衡I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq） 正向移动，移动结果使I₂（aq）浓度减小，从而导致I_2（ag）?I_2（g）平衡逆向移动，使I₂（g）浓度减小，由此可以判断△H₅＞0，I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq）是吸热反应．要画出t₂时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线，必须首先确定曲线的起点、拐点和终点，已知图二所示的曲线是温度在T₄时，溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线，根由曲线分析可知反应己达到平衡，在t₂时，反应体系温度上升到T₅，并维持该温度，是改变的反应条件（升高温度），此时平衡必然会发生移动，所以T₅温度下曲线的起点就是T₄温度下曲线的终点，坐标位置应为（0.09，t₂）．由于升高温度加快反应速率，缩短达到平衡的时间，所以在T₅温度下，达到平衡所用的时间要比T₄温度下少，所以拐点出现所需时间比T₄温度下少．由于该反应是吸热反应，升高温度能使平衡I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq）正向移动，从而使Iˉ浓度减小．结合图二中的数据可知，T₄温度下Iˉ转化浓度为0.11mol/L，转化率为

(0.2-0.09)mol/L

0.2mol/L

×100%-55%，所以T₅温度下Iˉ的转化率为一定大于55%，Iˉ的平衡浓度要小于0.09mol/L-（0.09mol/L×55%）≈0.04mol/L．所以拐点（平衡点）的位置坐标应在Iˉ浓度小于0.04mol/L 处，终点与拐点（平衡点）在一条直线上．由此就可画出t₂时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线为
故答案为：＞；；

②在T₃时，容器中还有O₃，则T₁～T₂温度区间容器内I₂（g）浓度呈现如图一所示的变化趋势，可能是：a．由于容器中还有O₃，O₃继续氧化I^-使溶液中I₂浓度增加，从而使I₂（aq）  I₂（g）平衡向正方向移动，气体I₂浓度增加；b．体系的温度升高，使I₂（aq）  I₂（g）△H＞0，平衡向正方向移动，从而气体I₂浓度增加．
故答案为：O₃继续氧化I^-使溶液中I₂浓度增加，使I₂（aq） I₂（g）平衡向正方向移动，气体I₂浓度增加或者溶液温度升高，使I₂（aq） I₂（g）△H＞0，平衡向正方向移动，气体I₂浓度增加；
（4）根据图二所示Iˉ浓度的数据可计算出用Iˉ（aq）表示的化学反应速率：V（I^-）=

0.11

t1

mol?L^-1?min^-1，再根据（1）中反应④的化学方程式中Iˉ（aq）与I₂（aq）的化学计量数之比2：1，得出用I₂（aq）表示的化学反应速率：V （I₂）=

0.11

2t1

mol?L^-1?min^-1．
故答案为：

0.11

2t1

mol?L^-1?min^-1．

点评：本题考查了转化率为化学反应与能量、化学反应速率、化学平衡 等知识点，难度较大，注意对图象进行分析找出解题的关键点．