Question

5．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酸性溶液中进行模拟研究．
已知：①O₃将I^-氧化成I₂的反应是：O₃（g）+2I^-（aq）+2H⁺（aq）═I₂（aq）+O₂（g）+H₂O（l）；
②在溶液中存在化学平衡：I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）△H

为探究温度对该反应的影响．在某温度T₁下，将一定量的0.2mol•L^-1NaI酸性溶液置于密闭容器中，并充入一定量的O₃（不考虑生成物O₂与 Iˉ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：若在T₃时，容器中无O₃，则△H＞0（填＞、=或＜）；理由是根据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）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移动，从而使I₂（aq）浓度减小，则△H＞0．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．

Answer 1

分析 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）+I^-（aq）?I₃^-（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）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移动，从而使I₂（aq）浓度减小；
T₄温度下I^-转化浓度为0.11mol/L，转化率55%，由于该反应是吸热反应，升高温度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）正向移动，T₅温度下I^-的转化率为一定大于55%，I^-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I^-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．

解答 解：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2，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）+I^-（aq）?I₃^-（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△H＞0，
I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）是吸热反应．要画出t₂时刻后溶液中 I^-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）+I^-（aq）?I₃^-（aq）正向移动，从而使Iˉ浓度减小．结合图三中的数据可知，T₄温度下I^-转化浓度为0.11mol/L，转化率为$\frac{（0.2-0.09）mol/L}{0.2mol/L}$=55%，所以T₅温度下I^-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I^-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 I^-浓度变化总趋势曲线为
，
故答案为：＞；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）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移动，从而使I₂（aq）浓度减小，则△H＞0；．

点评 本题考查了转化率、化学反应与能量、化学平衡等知识点，题目难度中等，注意对图象进行分析找出解题的关键点．