Question

5．Na₂SO₃的氧化反應：2Na₂SO₃（aq）+O₂（aq）=2Na₂SO₄（aq）△H=m kJ•mol^-1．其反應速率受溶解氧濃度影響，分為富氧區和貧氧區兩個階段．
（1）已知O₂（g）?O₂（aq）△H=nkJ•mol^-1，Na₂SO₃溶液與O₂（g）反應的熱化學方程式為2Na₂SO₃（aq）+O₂（g）=2Na₂SO₄（aq）△H=（m+n）kJ•mol^-1
（2）291.5K時，1.0L溶液中Na₂SO₃初始量分別為4、6、8、12mmol，溶解氧濃度初始值為9.60mg•L^-1，每5s記錄溶解氧濃度，實驗結果如圖．當Na₂SO₃的初始量為12mmol，經過20s溶解氧濃度降為6.40mg•L^-1，則0-20s內Na₂SO₃的平均反應速率為1.00×10^-5mol•L^-1•s^-1
（3）為確定貧氧區速率方程v=kc^a（SO₃^2-）•c^b（O₂）中a，b的值（取整數），分析實驗數據．

c（Na2SO3）×103	3.65	5.65	7.65	11.65
v×106	10.2	24.4	44.7	103.6

①當溶解氧濃度為4.0mg•L^-1時，c（Na₂SO₃）與速率數值關系如表，則a=2
②當溶解氧濃度小于4.0mg•L^-1時，圖中曲線皆為直線，則b=0，
（4）兩個階段不同溫度的速率常數（k）之比如表．

反應階段	速率方程	$\frac{k（297.0K）}{k（291.5K）}$
富氧區	v=kc（SO32-）•c（O2）	1.47
貧氧區	v=kca（SO32-）•cb（O2）	2.59

已知ln$\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}$=-$\frac{{E}_{a}}{R}$（$\frac{1}{{T}_{2}}-\frac{1}{{T}_{1}}$），R為常數，E_a（富氧區）＜E_a（貧氧區）（填“＞”或“＜”）．
（5）結合圖表分析，Na₂SO₃初始量不同時，劃分富氧區與貧氧區的溶解氧濃度是否相同，為什么？．
（6）一定溫度下，化學反應速率僅與決速步的反應物濃度有關．Na₂SO₃氧化反應歷程涉及的
①SO₃^2-+O₂→SO₅^-
②SO₅^-+SO₃^2-→SO₅^2-+SO₃^-
③SO₃^2-+SO₃^2-→SO₃^-+SO₃^2-
④SO₃^2-+O₂→SO₅^-
⑤SO₅^2-+SO₃^2-→2SO₄^2-
富氧區與和貧氧區的決速步分別是①、③（填序號）

Answer 1

分析 （1）已知：2Na₂SO₃（aq）+O₂（aq）=2Na₂SO₄（aq）△H=m kJ•mol^-1①
O₂（g）?O₂（aq）△H=nkJ•mol^-1②
將方程式①+②得2Na₂SO₃（aq）+O₂（g）=2Na₂SO₄（aq）△H進行相應的改變；
（2）0-20s內溶解氧濃度變化量=（9.60-6.40）mg/L=3.20mg/L=3.20×10^-3 g/L，則△c（O₂）=$\frac{3.20×1{0}^{-3}g/L}{32g/mol}$=10^-4 mol/L，根據方程式得△c（Na₂SO₃）=2△c（O₂）=2×10^-4 mol/L，0-20s內Na₂SO₃的平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$；
（3）①當溶解氧濃度為4.0mg•L^-1時，c（Na₂SO₃）與速率數值關系如表，v₁：v₂=c₁^a（SO₃^2-）：c₂^a（SO₃^2-）；
②當溶解氧濃度小于4.0mg•L^-1時，圖中曲線皆為直線，說明該方程為一次函數；
（4）該函數隨著Ea的增大而增大；
（5）從圖知Na₂SO₃初始濃度不同，溶解氧濃度與時間呈線性關系的起始溶解氧濃度不同；
（6）富氧區的化學反應速率與SO₃^2-和溶解氧的濃度有關，貧氧區的化學反應速率與氧濃度無關．

解答 解：（1）已知：2Na₂SO₃（aq）+O₂（aq）=2Na₂SO₄（aq）△H=m kJ•mol^-1①
O₂（g）?O₂（aq）△H=nkJ•mol^-1②
將方程式①+②得2Na₂SO₃（aq）+O₂（g）=2Na₂SO₄（aq）△H=（m+n）kJ•mol^-1；
故答案為：2Na₂SO₃（aq）+O₂（g）=2Na₂SO₄（aq）△H=（m+n）kJ•mol^-1；
（2）0-20s內溶解氧濃度變化量=（9.60-6.40）mg/L=3.20mg/L=3.20×10^-3 g/L，則△c（O₂）=$\frac{3.2×1{0}^{-3}g/L}{32g/mol}$=10^-4 mol/L，根據方程式得△c（Na₂SO₃）=2△c（O₂）=2×10^-4 mol/L，0-20s內Na₂SO₃的平均反應速率v=$\frac{2×1{0}^{-4}mol/L}{20s}$=1.00×10^-5mol•L^-1•s^-1；
故答案為：1.00×10^-5；
（3）①當溶解氧濃度為4.0mg•L-1時，c（Na₂SO₃）與速率數值關系如表，v₁：v₂=c₁^a（SO₃^2-）：c₂^a（SO₃^2-），$\frac{24.4}{10.2}$=$\frac{5.6{5}^{a}}{3.6{5}^{a}}$，解得a=2；
故答案為：2；
②當溶解氧濃度小于4.0mg•L-1時，圖中曲線皆為直線，說明該方程為一次函數，k為常數，v與c（SO₃^2-）有關，溶解氧濃度對v無影響，所以b=0；
故答案為：0；
（4）ln$\frac{K2}{K1}$隨著Ea的增大而增大，富氧區的ln$\frac{K2}{K1}$較小，故E_a（富氧區）＜E_a（貧氧區）；
故答案為：＜；
（5）從圖表可知Na₂SO₃初始濃度不同，溶解氧濃度與時間呈線性關系的起始溶解氧濃度不同；
答：不同；因為Na₂SO₃初始濃度不同，溶解氧濃度與時間呈線性關系的起始溶解氧濃度不同；
（6）富氧區的化學反應速率與SO₃^2-和溶解氧的濃度有關，故富氧區與的決速步為①，貧氧區的化學反應速率與氧濃度無關，決速步為③；
故答案為：①；③．

點評 本題考查了蓋斯定律、化學反應速率的計算、以及函數結合圖象等知識，題目難度很大，需要學生對圖象圖表的充分理解，并運用學科綜合知識解題．