Question

4．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，该反应的还原产物为MnSO₄．
（2）已知反应2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）的△H=+11kJ•mol^-1，1molH₂（g）、1molI₂（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）   分子中化学键断裂时需吸收的能量为299kJ．
（3）Bodensteins研究了下列反应：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
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的关系如下表：

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的表达式为：$\frac{0.108×0.108}{0.78{4}^{2}}$．
②上述反应中，正反应速率为v_正=k_正•x²（HI），逆反应速率为v_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）．若k_正=0.0027min-1，在t=40min时，v_正=1.95×10^-3min-1
③由上述实验数据计算得到v_正～x（HI）和v_逆～x（H₂）的关系可用图表示．当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为A、E（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）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；
（3）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；
在t=40min时，x（HI）=0.85，代入正反应速率表达式v_正=k_正x²（HI）计算；
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，故答案为：MnSO₄；
（2）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：299kJ；
（3）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×$\frac{{x}^{2}（HI）}{x（{H}_{2}）x（{I}_{2}）}$=$\frac{{k}_{正}}{K}$，
在t=40min时，正反应建立平衡的x（HI）=0.85，则v_正=k_正x²（HI）=0.0027min^-1×0.85²=1.95×10^-3min^-1，
故答案为：$\frac{{k}_{正}}{K}$；1.95×10^-3；
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，为高考常见题型，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，（4）为易错点，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．