Question

（16分）大氣中的部分碘源于O3對海水中I－的氧化。將O3持續(xù)通入NaI溶液中進行模擬研究。

（1）O3將I－氧化成I2的過程由3步反應(yīng)組成：

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

總反應(yīng)的化學方程式為______，其反應(yīng)△H=______。

（2）在溶液中存在化學平衡：I2(aq)+I－(aq)I3－(aq)，其平衡常數(shù)表達式為_______。

（3）為探究Fe2+對氧化I－反應(yīng)的影響（反應(yīng)體系如圖13），某研究小組測定兩組實驗中I3－濃度和體系pH，結(jié)果見圖14和下表。

編號	反應(yīng)物	反應(yīng)前pH	反應(yīng)后pH
第1組	O3+ I－	5.2	11.0
第2組	O3+ I－+ Fe2+	5.2	4.1

①第1組實驗中，導致反應(yīng)后pH升高的原因是_______。

②圖13中的A為 。由Fe3+生成A的過程能顯著提高I－的轉(zhuǎn)化率，原因是_______。

③第2組實驗進行18s后，I3－下降。導致下降的直接原因有（雙選）______。

A．c(H+)減小 B．c(I－)減小 C．I2(g)不斷生成 D．c(Fe3+)增加

（4）據(jù)圖14，計算3～18s內(nèi)第2組實驗中生成I3－的平均反應(yīng)速率（寫出計算過程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

 

Answer 1

（1）2 I－+O3+2H+==I2+O2+H2O（2分，其他合理學科網(wǎng)答案也給分）

△H1+△H2+△H3（1分）

（2）（2分）

（3）①O3氧化I－生成I2的反應(yīng)消耗H+，使H+濃度減�。�2分，其他合理表達也給分）

②Fe(OH)3（1分） 由于Fe3+的水解，體系中H+濃度增加，使O3氧化I－的兩個分步反應(yīng)②和③的平衡向右移動，I－的轉(zhuǎn)化率提高

③BC（3分，錯選不給分，少選且選對給1分）

（4）v(I3－)==≈5.5×10－4mol?L－1?s－1（3分，其他合理學科網(wǎng)答案也給分）

【解析】（1）臭氧將碘離子氧化成碘單質(zhì)的過程由3步反應(yīng)組成，觀察已知3個熱化學方程式中的反應(yīng)物和生成物，不難發(fā)現(xiàn)①+②+③不僅可以約去中間產(chǎn)物或中間反應(yīng)物[如IO－(aq)、HOI(aq)]，而且可得總反應(yīng)的熱化學方程式，即2 I－(aq)+ O3(g) +2H+(aq) I2(aq) +O2(g)+H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律可得其焓變△H=△H1+△H2+△H3；氫離子表示強酸，如硫酸等，將臭氧持續(xù)通入NaI溶液中，總反應(yīng)的化學方程式可以是2NaI+O3+H2SO4Na2SO4+I2+O2+H2O或2NaI+O3+H2SO4===Na2SO4+I2+O2+H2O等；（2）由化學平衡常數(shù)定義式可得，I2(aq)+ I－(aq) I3－(aq)的平衡常數(shù)表達式為或c(I3－)/[c(I2)?c(I－)]；（3）①導致反應(yīng)后pH升高的原因是臭氧將碘離子氧化為I2的總反應(yīng)的離子方程式為2I－+O3+2H+I2+O2(g)+H2O（或者第②③步反應(yīng)的反應(yīng)物中都有氫離子，第③步反應(yīng)的生成物中有水），既消耗氫離子又生成水，導致溶液的酸性減弱、pH升高；②圖13中A不可能為Fe2+，因為加入Fe2+后，發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe2++O3+2H+==2Fe3++H2O、2Fe3++2I－==2Fe2++I2，隨著反應(yīng)的進行，I－消耗貽盡，持續(xù)通入O3，F(xiàn)e2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+，即鐵元素只能以正三價的價態(tài)存在；圖13中A為Fe(OH)3，依題意可知第2組反應(yīng)后pH=4.1，則c(H+)= 1.0×10－4.1 mol/L，c(OH－)= 1.0×10－9..9mol/L，由于Fe(OH)3(s)Fe3+ (aq) +3OH－(aq)，Ksp [Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c 3 (OH－)=4.0×10－38，則c(Fe3+)==≈4.0×10－8.3 mol/L，由于4.0×10－8.3 mol/L遠遠小于1.0×10－5mol/L，說明Fe3+已經(jīng)完全沉淀，則A為Fe(OH)3；由于Fe3++3H2O Fe(OH)3+3 H+， Fe3+的水解導致體系中H+濃度增加，使O3氧化I－的兩個分步反應(yīng)②和③的平衡向右移動，I－的轉(zhuǎn)化率提高；③對比表格中第1、2組實驗前后pH可得，第1組pH增大，c(H+)減小，圖中第1組實驗所得I3－濃度曲線先略為增大后幾乎不變，第2組pH減小，c(H+)增大，圖中第2組實驗所得I3－濃度曲線先顯著增大后逐漸減小至無，根據(jù)上述分析可得，若c(H+)減小，I3－濃度不會下降，A項錯誤；若c(I－)減小，則反應(yīng)③HOI(aq)+I－(aq)+H+(aq)I2(aq)+H2O(l)的平衡左移，c(I2)也減小，導致I2(aq)+I－(aq) I3－(aq)的平衡左移，所以I3－濃度下降，B項正確；若I2(g)不斷生成，導致I2(aq)I2(g)的溶解平衡右移，既使溶液中c(I2)減小，又使 I2(aq)+I－(aq)I3－(aq)的平衡左移，則I3－濃度下降，C項正確；若c(Fe3+)增加，F(xiàn)e3+將I－直接氧化成I2或發(fā)生反應(yīng)2Fe3++2I－==2Fe2++I2，則溶液中c(I2)增大，而海水中c(I－)略為減小或忽略不計，導致I2(aq)+I－(aq) I3－(aq)的平衡右移，I3－濃度增大，D項錯誤；（4）讀圖14，3～18s內(nèi)第2組實驗中I3－濃度由 3.5×10－3mol/L增加到11.8×10－3mol/L，則生成I3－的平均反應(yīng)速率v(I3－)==≈5.5×10－4mol/(L?s)，此問需要注意縱坐標中 “c(I3－)/ 10－3mol?L－1” 隱含的信息，計算時需要圖中所得數(shù)據(jù)乘以“×10－3 mol?L－1”。

【學科網(wǎng)考點定位】本題以大氣中的部分碘源于O3對海水中I－的氧化為背景考查了考生對中學化學的重要原理掌握情況；考查考生對熱化學方程式含義、蓋斯定律的理解，以及利用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱計算的能力。考查考生對化學反應(yīng)可逆性、平衡常數(shù)表達式的書寫的理解程度；考查考生考查考生正確判斷、解釋和說明有關(guān)化學現(xiàn)象和問題的能力；考查考生對濃度、催化劑等外界因素對平衡移動的影響等知識的理解；考查考生讀解圖表、提取信息的能力；考查考生對化學反應(yīng)速率概念、計算方法以及影響速率的因素的了解和理解。