1、简答题 (16分)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
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
总反应的化学方程式为______,其反应△H=______。
(2)在溶液中存在化学平衡:I2(aq)+I-(aq)
I3-(aq),其平衡常数表达式为_______。
(3)为探究Fe2+对氧化I-反应的影响(反应体系如图13),某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH,结果见图14和下表。
?
编号
| 反应物
| 反应前pH
| 反应后pH
|
第1组
| O3+ I-
| 5.2
| 11.0
|
第2组
| O3+ I-+ Fe2+
| 5.2
| 4.1
|
①第1组实验中,导致反应后pH升高的原因是_______。
②图13中的A为?。由Fe3+生成A的过程能显著提高I-的转化率,原因是_______。
③第2组实验进行18s后,I3-下降。导致下降的直接原因有(双选)______。
A.c(H+)减小? B.c(I-)减小? C.I2(g)不断生成? D.c(Fe3+)增加
(4)据图14,计算3~18s内第2组实验中生成I3-的平均反应速率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
参考答案:(1)2 I-+O3+2H+==I2+O2+H2O(2分,其他合理答案也给分)
△H1+△H2+△H3(1分)
(2)
(2分)
(3)①O3氧化I-生成I2的反应消耗H+,使H+浓度减小(2分,其他合理表达也给分)
②Fe(OH)3(1分)?由于Fe3+的水解,体系中H+浓度增加,使O3氧化I-的两个分步反应②和③的平衡向右移动,I-的转化率提高
③BC(3分,错选不给分,少选且选对给1分)
(4)v(I3-)=
=
≈5.5×10-4mol?L-1?s-1(3分,其他合理答案也给分)
本题解析:(1)臭氧将碘离子氧化成碘单质的过程由3步反应组成,观察已知3个热化学方程式中的反应物和生成物,不难发现①+②+③不仅可以约去中间产物或中间反应物[如IO-(aq)、HOI(aq)],而且可得总反应的热化学方程式,即2 I-(aq)+ O3(g) +2H+(aq)
I2(aq) +O2(g)+H2O(l),根据盖斯定律可得其焓变△H=△H1+△H2+△H3;氢离子表示强酸,如硫酸等,将臭氧持续通入NaI溶液中,总反应的化学方程式可以是2NaI+O3+H2SO4
Na2SO4+I2+O2+H2O或2NaI+O3+H2SO4===Na2SO4+I2+O2+H2O等;(2)由化学平衡常数定义式可得,I2(aq)+ I-(aq)
?I3-(aq)的平衡常数表达式为
或c(I3-)/[c(I2)?c(I-)];(3)①导致反应后pH升高的原因是臭氧将碘离子氧化为I2的总反应的离子方程式为2I-+O3+2H+
I2+O2(g)+H2O(或者第②③步反应的反应物中都有氢离子,第③步反应的生成物中有水),既消耗氢离子又生成水,导致溶液的酸性减弱、pH升高;②图13中A不可能为Fe2+,因为加入Fe2+后,发生如下反应:2Fe2++O3+2H+==2Fe3++H2O、2Fe3++2I-==2Fe2++I2,随着反应的进行,I-消耗贻尽,持续通入O3,Fe2+完全转化为Fe3+,即铁元素只能以正三价的价态存在;图13中A为Fe(OH)3,依题意可知第2组反应后pH=4.1,则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,则c(Fe3+)=
=
≈4.0×10-8.3 mol/L,由于4.0×10-8.3 mol/L远远小于1.0×10-5mol/L,说明Fe3+已经完全沉淀,则A为Fe(OH)3;由于Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3 H+, Fe3+的水解导致体系中H+浓度增加,使O3氧化I-的两个分步反应②和③的平衡向右移动,I-的转化率提高;③对比表格中第1、2组实验前后pH可得,第1组pH增大,c(H+)减小,图中第1组实验所得I3-浓度曲线先略为增大后几乎不变,第2组pH减小,c(H+)增大,图中第2组实验所得I3-浓度曲线先显著增大后逐渐减小至无,根据上述分析可得,若c(H+)减小,I3-浓度不会下降,A项错误;若c(I-)减小,则反应③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)
I2(aq)+H2O(l)的平衡左移,c(I2)也减小,导致I2(aq)+I-(aq)
?I3-(aq)的平衡左移,所以I3-浓度下降,B项正确;若I2(g)不断生成,导致I2(aq)
I2(g)的溶解平衡右移,既使溶液中c(I2)减小,又使 I2(aq)+I-(aq)
I3-(aq)的平衡左移,则I3-浓度下降,C项正确;若c(Fe3+)增加,Fe3+将I-直接氧化成I2或发生反应2Fe3++2I-==2Fe2++I2,则溶液中c(I2)增大,而海水中c(I-)略为减小或忽略不计,导致I2(aq)+I-(aq)
I3-(aq)的平衡右移,I3-浓度增大,D项错误;(4)读图14,3~18s内第2组实验中I3-浓度由 3.5×10-3mol/L增加到11.8×10-3mol/L,则生成I3-的平均反应速率v(I3-)=
=
≈5.5×10-4mol/(L?s),此问需要注意纵坐标中 “c(I3-)/ 10-3mol?L-1” 隐含的信息,计算时需要图中所得数据乘以“×10-3 mol?L-1”。
本题以大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化为背景考查了考生对中学化学的重要原理掌握情况;考查考生对热化学方程式含义、盖斯定律的理解,以及利用盖斯定律进行有关反应热计算的能力。考查考生对化学反应可逆性、平衡常数表达式的书写的理解程度;考查考生考查考生正确判断、解释和说明有关化学现象和问题的能力;考查考生对浓度、催化剂等外界因素对平衡移动的影响等知识的理解;考查考生读解图表、提取信息的能力;考查考生对化学反应速率概念、计算方法以及影响速率的因素的了解和理解。
本题难度:一般
2、选择题 下列情况下,反应速率相同的是
[? ]
A.等质量锌粒和锌粉分别与等量1 mol/L HCl反应
B.等体积等浓度盐酸和醋酸分别与等质量的Na2CO3粉末反应
C.等体积0.1 mol/L HCl和0.05 mol/L H2SO4分别与等体积0.2 mol/L NaOH液反应
D.等体积0.2 mol/L HCl和0.1 mol/L H2SO4与等质量、等品质的石灰石反应
参考答案:C
本题解析:
本题难度:一般
3、选择题 一定温度下,在2 L的密闭容器中发生如下反应:A(s)+2B(g
xC(g) ΔH<0,B、C的物质的量随时间变化的关系如图1,达平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件,逆反应速率随时间变化的关系如图2。下列有关说法正确的是(?)
?
A.x=2,反应开始2 min内v(B)=0.1 mol·L-1·min-1
B.t1时是降温,平衡逆向移动
C.t2时改变的条件可能是增大c(C),平衡时B的物质的量分数增大
D.t3时可能是减小压强,平衡不移动;t4时可能是使用催化剂,c(B)不变
参考答案:D
本题解析:根据物质的量的变化
A(s)+2B(g)
2C(g)
A项,x=2,v(B)=
=0.05 mol·L-1·min-1,错误;B项,降温平衡应右移,错误;C项,增大c(C),平衡时B的物质的量分数不变;D项,使用催化剂、改变压强,平衡均不移动。
本题难度:一般
4、选择题 100 mL 6 mol/L的H2SO4跟过量锌粉反应,在一定温度下,为了减缓反应进行的速率,又不影响生成氢气的总量,可向反应物中加入适量的?
[? ]
A.Na2CO3固体
B.水
C.K2SO4溶液
D.KNO3溶液
参考答案:BC
本题解析:
本题难度:一般
5、填空题 将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 的容器中混合并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)
2C(g),若经 2 s(秒)后测得C 的浓度为 0.6 mol·L-1 ,则:① 用物质 A 表示的反应的平均速率??② 2 s 时物质 B 的浓度为?。
参考答案:①0.3mol·L-1·S-1?②0.7mol·L-1
本题解析:?2A(g)+B(g)
2C(g)
起始浓度(mol/L)? 2? 1? 0
转化浓度(mol/L)? 0.6? 0.3? 0.6
2s时浓度(mol/L)? 1.4? 0.7? 0.6
所以用物质 A 表示的反应的平均速率=0.6mol/L÷2s=0.3mol·L-1·S-1
2 s 时物质 B 的浓度为0.7mol/L
点评:该题时基础性计算题的考查,难度不大。该类试题需要注意的是在进行可逆反应的有关计算时,一般采用“三段式”进行,即分别列出起始量、转化量和平衡量或某深刻的量,然后依据已知条件列式计算即可。
本题难度:一般