Question

16．“碘鐘”實驗中，3I^-（aq）+S₂O₈^2-（aq）?I₃^-（aq）+2SO₄^2- （aq）的反應速率可以用I₃^-與加入的淀粉溶液顯藍色的時間t來度量，t越小，反應速率越大．某探究性學習小組在20℃進行實驗，記錄的數據如下表：

實驗編號	①	②	③	④	⑤
c（I-）/mol•L-1	0.040	0.080	0.080	0.160	0.160
c（ S2O82-）/mol•L-1	0.040	0.040	0.080	0.080	0.040
t/s	88	44	22	11	t1

（1）寫出反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$．
（2）反應中發生反應的I^-與被氧化的I^-的物質的量比為3：2．
（3）該實驗的目的是研究I^-、S₂O₈^2-濃度對反應速率的影響；顯色時間t₁=22s；若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，請估算該反應顯色的時間應為11s．

Answer 1

分析 （1）平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；
（2）根據方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相結合形成的微粒，故發生反應的I^-與被氧化的I^-的物質的量比為3：2；
（3）由題目中表格數據可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）濃度越大，反應速率越快，顯藍色所需時間越少，故實驗目的應是研究反應物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應速率的影響；對比數據組①和②、數據組②和③、數據組③和④、數據組①和③，分析當其中一個變量（即一種反應物濃度）保持不變時，反應時間的變化（即反應速率的變化），然后分析當兩個變量同時變化一定的倍數時，反應時間的變化（即反應速率的變化），就可以得出其中的規律，據此計算顯色時間．

解答 解：（1）反應的平衡常數為生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積，則k=$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$，
故答案為：$\frac{c（{{I}_{3}}^{-}）•{c}^{2}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{3}（{I}^{-}）•c（{S}_{2}{{O}_{8}}^{2-}）}$；
（2）根據方程式可知，I₃^-可看做I₂和I^-相結合形成的微粒，故發生反應的I^-與被氧化的I^-的物質的量比為3：2，故答案為：3：2；
（3）由題目中表格數據可分析出c（I^-）、c（S₂O₃^2-）濃度越大，反應速率越快，顯藍色所需時間越少，故實驗目的應是研究反應物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應速率的影響；對比數據組①和②、③和④，可以看到，c （S₂O₈^2-）不變，c （I^-）增大到2倍時，反應時間縮短了一半，即反應速率加快了一倍；
對比數據組②和③，可以看到，c （I^-）不變，c （S₂O₈^2-）增大到2倍時，反應時間縮短了一半，即反應速率也加快了一倍；
對比數據組對比數據組①和③，可以看到，c （I^-）和c （S₂O₈^2-）均增大到2倍時，反應時間為原反應時間的1/4，即反應速率加快了4倍；可見兩個反應物的濃度和反應速率之間的數學關系是：反應物濃度每增加一倍，反應時間就減少一倍，對于兩個反應物來說都是如此，
可得出結論：反應速率與反應物起始濃度乘積成正比；
對比實驗①和⑤，實驗⑤的c （I^-）為實驗①的4倍，而c （S₂O₈^2-）保持不變，由此可計算實驗⑤的反應時間應為實驗①反應時間的1/4，即t₁=88s×$\frac{1}{4}$=22s；
若c（I^-）=0.64mol/L，c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，c （I^-）為實驗①的16倍，而c （S₂O₈^2-）是實驗①的$\frac{1}{2}$，則顯色時間為實驗①的$\frac{1}{8}$，即11s，
故答案為：研究反應物I^-與S₂O₈^2-的濃度對反應速率的影響；22；11s．

點評 本題考查化學平衡常數、氧化還原反應、影響化學反應速率的外界因素，難點是學生對圖表的觀察、分析以及學生對實驗數據的分析、整理、歸納等方面的思維能力，難度中等．