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O3氧化I-反应的影响(反应体如左图),某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH,结果见右图和下表。
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-浓度下降。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)。
(1) O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O,△H=△H1+△H2+△H3。
(2)
(3)①反应过程中消耗氢离子,溶液酸性减弱,pH增大,水电离出氢离子参与反应破坏水的电离平衡,氢氧根浓度增大,溶液呈碱性,pH增大;
②Fe2+,因为Fe3+可以将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-的转化率。
③BC
(4)(计算过程略)5.5×10—4 mol/L·s
题目分析:(1)①②③3步反应的方程式相加可得总方程式:O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O;根据盖斯定律可得:△H=△H1+△H2+△H3。
(2)根据平衡常数的定义可得I2(aq) + I-(aq) I3-(aq),平衡常数表达式为
。
(3)①第1组实验中,O3氧化I‾的离子方程式为:O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O,反应过程中消耗氢离子,溶液酸性减弱,pH增大,水电离出氢离子参与反应破坏水的电离平衡,氢氧根浓度增大,溶液呈碱性,pH增大。
②因为Fe3+的氧化性大于I2,Fe3+可以将I-直接氧化成I2发生反应:2Fe3++2I-==2Fe2++I2,所以A为Fe2+,因为该反应生成了I2,使溶液中c(I2)增大,进而使I2(aq)+I-(aq) I3-(aq)的平衡右移,二者导致消耗的c(I-)增多,所以I‾的转化率增大。
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)减小,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-氧化成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),