Question

12．大氣中的部分碘源于O₃對海水中I?的氧化．某科學小組進行O₃與含I?溶液反應的相關研究．

（1）O₃將I?氧化生成I₂的過程由3步反應組成：
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
用熱化學方程式表示O₃氧化I?生成I₂的反應O₃（g）+2I^-（aq）+2H⁺（aq）═I₂（aq）+H₂O（l）+O₂（g）△H=△H₁+△H₂+△H₃．
（2）O₃在水中易分解，一定條件下，O₃的濃度減少一半時所需的時間（t）如下表所示．已知：O₃的起始濃度為0.0216mol/L．

pH t/min T/℃	3.0	4.0	5.0	6.0
20	301	231	169	58
30	158	108	48	15
50	31	26	15	7

①在30℃、pH=4.0條件下，O₃的分解速率為1.00×10^-4 mol/（L•min）．
②pH增大能加速O₃分解，表明對O₃分解起催化作用的是OH^-．
③根據表中數據，推測O₃在下列條件下分解速率依次增大的順序為b、a、c（填字母代號）．
a．40℃、pH=3.0      b．10℃、pH=4.0      c．30℃、pH=7.0
（3）I₂在KI溶液中存在下列平衡：I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）．測得不同溫度下該反應的平衡常數如圖1所示，下列說法正確的是B．
A．反應I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）的△H＞0
B．利用該反應可以除去硫粉中少量的碘單質
C．在上述平衡體系中加入苯，平衡不移動
D．25℃時，在上述平衡體系中加入少量KI固體，平衡常數K小于680
（4）將I₂溶于CCl₄中，得到紫紅色的溶液，再加入一定濃度的KI溶液，現象如圖2所示：
①上層溶液中含碘元素的微粒有I^-、I₂、I₃^-（用化學符號表示）．
②由實驗現象可推測關于I₂溶解性的結論是在此溫度下，I₂在KI溶液中的溶解性比在CCl₄中強．

Answer 1

分析 （1）反應為O₃氧化I^-生成I₂，根據蓋斯定律①+②+③可得總反應以及△H；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②pH增大，則OH^-濃度增大；
③根據pH和溫度判斷達到平衡所用的時間的范圍，可判斷分解速率；
（3）A．由圖溫度越高K值越小，反應I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）的△H＜0
B．硫難溶于水，而碘單質與I^-形成I₃^-而溶于水，可以達到除去少量碘的目的；
C．加入苯，碘能溶于苯，這樣水中碘的濃度變小，平衡向逆左移動；
D．平衡常數只受溫度影響，與物質的濃度無關；
（4）①上層溶液是碘化鉀的水溶液，存在平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），中含碘元素的微粒有I^-、I₂、I₃^-；
②由實驗現象可推測關于I₂溶解性的結論是在此溫度下，I₂在KI溶液中的溶解性比在CCl₄中強．

解答 解：（1）將所給的三個反應：①+②+③可得總反應：2I^-（aq）+O₃（g）+2H⁺（aq）=I₂（aq）+O₂（g）+H₂O（l），△H=△H₁+△H₂+△H₃，
故答案為：O₃（g）+2I^-（aq）+2H⁺（aq）═I₂（aq）+H₂O（l）+O₂（g）△H=△H₁+△H₂+△H₃；
（2）①v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.0108mol/L}{108min}$=1.00×10^-4mol/（L•min），故答案為：1.00×10^-4；
②pH增大，則OH^-濃度增大，pH增大能加速O₃分解，表明對O₃分解起催化作用的是OH^-，故答案為：OH^-；
③由表中數據可知，40°C、pH=3.0時，所需時間在31min～158min之間；
10°C、pH=4.0時，所需時間＞231min；
30°C、pH=7.0時，所需時間＜15min，則分解速率依次增大的順序為b、a、c，
故答案為：b、a、c．
（3）A．由表中數據可知，溫度越大平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，故正反應方向為放熱反應，即△H＜0，故A錯誤；
B．硫難溶于水，而碘單質與I^-形成I₃^-而溶于水，可以達到除去少量碘的目的，故B正確；
C．加入苯，碘能溶于苯，這樣水中碘的濃度變小，平衡向逆左移動，故C錯誤；
D．加入KI固體，平衡向右移動，但平衡常數只受溫度影響，與物質的濃度無關，加入少量KI固體，平衡常數K不變，故D錯誤；
故選B；
（4）①上層溶液是碘化鉀的水溶液，存在平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），中含碘元素的微粒有I^-、I₂、I₃^-，故答案為：I^-、I₂、I₃^-；
②由實驗現象可推測關于I₂溶解性的結論是在此溫度下，I₂在KI溶液中的溶解性比在CCl₄中強，故答案為：在此溫度下，I₂在KI溶液中的溶解性比在CCl₄中強．

點評 本題考查化學反應速率的影響因素的實驗探究，和溫度對化學平衡的影響、化學平衡常數及影響元素，難度不大，注意對基礎知識的理解掌握．．