Question

2．碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途．回答下列问题：
（1）大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，再向浓缩液中加MnO₂和H₂SO₄，即可得到I₂，写出该反应的离子方程式2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O．
（2）一种碘和氧的化合物（I₄O₉），可以称为碘酸碘，则I₄O₉中碘元素的化合价是CD．
A．-1       B．+1       C．+3       D．+5
（3）若IOH是两性化合物，写出IOH的酸式电离的电离方程式IOH?H⁺+IO^-．
（4）已知反应2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=+11kJ•mol^-1，1mol H₂（g）、1mol I₂（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1mol HI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为299kJ．
（5）Bodensteins研究了下列反应：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）．在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如表：

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根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为：$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$．
②上述反应中，正反应速率为υ_正=k_正•x²（HI），逆反应速率为υ_逆=k_逆•x（H₂）•x（I₂），其中k_正、k_逆为速率常数，则k_逆为$\frac{{K}_{正}}{K}$（以K和k_正表示）．
③由上述实验数据计算得到υ_正～x（HI）和υ_逆～x（H₂）的关系可用如图表示．当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为AE（填字母）．

Answer 1

分析 （1）海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反应中I元素发生氧化反应，Mn元素被还原，还原产物应为硫酸锰；
（2）根据在化合物中正负化合价代数和为零，结合碘酸碘的化学式进行解答本题；
（3）若IOH是两性化合物，IOH的酸式电离生成次碘酸根离子和氢离子；
（4）正反应为吸热反应，化学键断裂时需吸收的能量-化学键生成时需放出的能量=反应吸收的热量；
（5）①表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反应进行建立平衡，由第一列数据可知，平衡时HI物质的量分数为0.784，则氢气、碘蒸汽总物质的量分数为1-0.784=0.216，而氢气、与碘蒸汽物质的量分数相等均为0.108，反应前后气体体积不变，用物质的量分数代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$计算；
②到达平衡时，正、逆反应速率相等，结合平衡常数表达式，可知k_逆的表达式；
③升高温度，正、逆反应速率均加快，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，正反应建立平衡，平衡时HI的物质的量分数减小，逆反应建立平衡，平衡时H₂的物质的量分数增大．

解答 解：（1）海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反应中I元素发生氧化反应，Mn元素被还原，还原产物应为硫酸锰，反应的离子方程式为：2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O，
故答案为：2I^-+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；
（2）由题意，碘和氯有相似的化学性质，则碘酸根中碘元素的化合价与氯酸根中氯元素的化合价相同；氯酸钾中钾元素显+1价，氯酸根的化合价为-1价，则碘酸根的化合价也为-1价；设氯酸根中氯元素的化合价是x，则x+（-2）×3=-1，x=+5价；因此碘酸根（IO₃）中碘元素化合价也为+5价；
碘酸根（IO₃）显-1价，设I（IO₃）₃中碘元素的化合价是y，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：y+（-1）×3=0，则y=+3价．
这种化合物中碘的化合价分别是+3和+5价．
故答案为：CD；
（3）若IOH是两性化合物，IOH的酸式电离生成次碘酸根离子和氢离子，电离方程式为：IOH?H⁺+IO^-，
故答案为：IOH?H⁺+IO^-；
（4）设1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为x kJ，则：2x kJ-436kJ-151kJ=11kJ，解得x=299，
故答案为：299；
（5）①表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反应进行建立平衡，由第一列数据可知，平衡时HI物质的量分数为0.784，则氢气、碘蒸汽总物质的量分数为1-0.784=0.216，而氢气、与碘蒸汽物质的量分数相等均为0.108，反应前后气体体积不变，用物质的量分数代替浓度计算平衡常数，则平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$，
故答案为：$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$；
②到达平衡时，正、逆反应速率相等，则k_正x²（HI）=k_逆x（H₂）x（I₂），则k_逆=k_正×$\frac{{x}^{2}（HI）}{x（{H}_{2}）x（{I}_{2}）}$=$\frac{{K}_{正}}{K}$，
故答案为：$\frac{{K}_{正}}{K}$；
③对于2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）反应建立平衡时：
升高温度，正、逆反应速率均加快，因此排除C点，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，因此平衡正向移动，再次平衡时HI的物质的量分数减小，因此排除B点，故选A点；
对于H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）反应建立平衡时：
升高温度，正、逆反应速率均加快，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，因此平衡逆向移动，再次平衡时H₂的物质的量分数增大，故选E点；
因此反应重新达到平衡，v_正～x（HI）对应的点为A，v_逆～x（H₂）对应的点为E，
故答案为：A；E．

点评 本题比较综合，涉及考查氧化还原反应、反应热计算、化学平衡常数计算、化学反应速率计算及影响因素、平衡移动等，属于拼合型题目，侧重考查学生自学能力、分析解决问题的能力，注意表中数据为不同方向建立的平衡，题目中没有明确，增大题目难度，题目难度中等．