Question

大氣中的部分碘源于O₃對海水中I^-的氧化。將O₃持續通入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
總反應的化學方程式為__       ____，其反應△H=___    ___
（2）在溶液中存在化學平衡：I₂(aq) + I^-(aq) I₃^-(aq)，其平衡常數表達式為_______.
（3）為探究Fe²⁺ 對O₃氧化I^-反應的影響（反應體如左圖），某研究小組測定兩組實驗中I₃^-濃度和體系pH，結果見右圖和下表。
    

①第1組實驗中，導致反應后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^-的轉化率，原因是               。
③第2組實驗進行18s后，I₃^-濃度下降。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）據圖14，計算3-18s內第2組實驗中生成I₃^-的平均反應速率（寫出計算過程，結果保留兩位有效數字）。

Answer 1

（1） O₃+2Ⅰ^—+2H⁺=Ⅰ₂+ O₂+ H₂O，△H=△H₁+△H₂+△H₃。
（2）
（3）①反應過程中消耗氫離子，溶液酸性減弱，pH增大，水電離出氫離子參與反應破壞水的電離平衡，氫氧根濃度增大，溶液呈堿性，pH增大；
②Fe²⁺，因為Fe³⁺可以將I^－直接氧化成I₂，使溶液中c(I₂)增大，促使I₂(aq)+I^－(aq)I₃^－(aq)的平衡右移，消耗的c(I^－)增多，提高Ⅰ^-的轉化率。
③BC
（4）（計算過程略）5.5×10^—4 mol/L·s

解析試題分析：（1）①②③3步反應的方程式相加可得總方程式：O₃+2Ⅰ^—+2H⁺=Ⅰ₂+ O₂+ H₂O；根據蓋斯定律可得：△H=△H₁+△H₂+△H₃。
（2）根據平衡常數的定義可得I₂(aq) + I^-(aq) I₃^-(aq)，平衡常數表達式為。
（3）①第1組實驗中，O₃氧化I?的離子方程式為：O₃+2Ⅰ^—+2H⁺=Ⅰ₂+ O₂+ H₂O，反應過程中消耗氫離子，溶液酸性減弱，pH增大，水電離出氫離子參與反應破壞水的電離平衡，氫氧根濃度增大，溶液呈堿性，pH增大。
②因為Fe³⁺的氧化性大于I₂，Fe³⁺可以將I^－直接氧化成I₂發生反應：2Fe³⁺+2I^－==2Fe²⁺+I₂，所以A為Fe²⁺，因為該反應生成了I₂，使溶液中c(I₂)增大，進而使I₂(aq)+I^－(aq) I₃^－(aq)的平衡右移，二者導致消耗的c(I^－)增多，所以I?的轉化率增大。
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)減小，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，Fe³⁺將I^－氧化成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^－的平均反應速率v(I₃^－)==≈5.5×10^－4mol/(L?s)，
考點：本題考查蓋斯定律、平衡常數、化學平衡移動、反應現象和圖像的分析、化學計算。