Question

5．大氣中的部分碘源于O₃對(duì)海水中I^-的氧化．將O₃持續(xù)通入NaI酸性溶液中進(jìn)行模擬研究．
已知：①O₃將I^-氧化成I₂的反應(yīng)是：O₃（g）+2I^-（aq）+2H⁺（aq）═I₂（aq）+O₂（g）+H₂O（l）；
②在溶液中存在化學(xué)平衡：I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）△H

為探究溫度對(duì)該反應(yīng)的影響．在某溫度T₁下，將一定量的0.2mol•L^-1NaI酸性溶液置于密閉容器中，并充入一定量的O₃（不考慮生成物O₂與 Iˉ反應(yīng)），在t時(shí)刻，測得容器中I₂（g）的濃度．然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過相同時(shí)間測得I₂（g）濃度，得到趨勢圖（見圖一）．則：若在T₃時(shí)，容器中無O₃，則△H＞0（填＞、=或＜）；理由是根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移動(dòng)，從而使I₂（aq）濃度減小，則△H＞0．該條件下在溫度為T₄時(shí)，溶液中Iˉ濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線如圖二所示．在t₂時(shí)，將該反應(yīng)體系溫度上升到T₅，并維持該溫度．請?jiān)趫D2中畫出t₂時(shí)刻后溶液中 I^-濃度變化總趨勢曲線．

Answer 1

分析 在T₃時(shí)，容器中已無O₃，所以從圖示可以知道，此時(shí)，溶液中只存在兩個(gè)平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移動(dòng)，從而使I₂（aq）濃度減小；
T₄溫度下I^-轉(zhuǎn)化濃度為0.11mol/L，轉(zhuǎn)化率55%，由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）正向移動(dòng)，T₅溫度下I^-的轉(zhuǎn)化率為一定大于55%，I^-的平衡濃度要小于0.04mol/L，所以拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）的位置坐標(biāo)應(yīng)在I^-濃度小于0.04mol/L 處，終點(diǎn)與拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）在一條直線上．由此就可畫出t₂時(shí)刻后溶液中 Iˉ濃度變化總趨勢曲線．

解答 解：在T₃時(shí)，容器中已無O₃，所以從圖示可以知道，此時(shí)，溶液中只存在兩個(gè)平衡：I_2（ag）?I_2（g），和 I₂（aq）+Iˉ（aq）?I₃ˉ（aq），根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），所以在不考慮其它因素時(shí)，I₂（g）濃度會(huì)增加，但是從圖2，T₄→T₅ 所示的I₂（g）濃度變化曲線看，實(shí)際上升高溫度I_2（g）濃度減少，那么只能判斷是溫度升高致使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq） 正向移動(dòng)，移動(dòng)結(jié)果使I₂（aq）濃度減小，從而導(dǎo)致I_2（ag）?I_2（g）平衡逆向移動(dòng)，使I₂（g）濃度減小，由此可以判斷△H＞0，
I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）是吸熱反應(yīng)．要畫出t₂時(shí)刻后溶液中 I^-濃度變化總趨勢曲線，必須首先確定曲線的起點(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)，已知圖二所示的曲線是溫度在T₄時(shí)，溶液中Iˉ濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線，根由曲線分析可知反應(yīng)己達(dá)到平衡，在t₂時(shí)，反應(yīng)體系溫度上升到T₅，并維持該溫度，是改變的反應(yīng)條件（升高溫度），此時(shí)平衡必然會(huì)發(fā)生移動(dòng)，所以T₅溫度下曲線的起點(diǎn)就是T₄溫度下曲線的終點(diǎn)，坐標(biāo)位置應(yīng)為（0.09，t₂）．由于升高溫度加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，所以在T₅溫度下，達(dá)到平衡所用的時(shí)間要比T₄溫度下少，所以拐點(diǎn)出現(xiàn)所需時(shí)間比T₄溫度下少．由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq）正向移動(dòng)，從而使Iˉ濃度減小．結(jié)合圖三中的數(shù)據(jù)可知，T₄溫度下I^-轉(zhuǎn)化濃度為0.11mol/L，轉(zhuǎn)化率為$\frac{（0.2-0.09）mol/L}{0.2mol/L}$=55%，所以T₅溫度下I^-的轉(zhuǎn)化率為一定大于55%，Iˉ的平衡濃度要小于0.09mol/L-（0.09mol/L×55%）≈0.04mol/L．所以拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）的位置坐標(biāo)應(yīng)在I^-濃度小于0.04mol/L 處，終點(diǎn)與拐點(diǎn)（平衡點(diǎn)）在一條直線上．由此就可畫出t₂時(shí)刻后溶液中 I^-濃度變化總趨勢曲線為
，
故答案為：＞；根據(jù)I_2（ag）?I_2（g）△H＞0，升高溫度，I_2（ag）傾向于生成I_2（g），由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度能使平衡I₂（aq）+I^-（aq）?I₃^-（aq），正向移動(dòng)，從而使I₂（aq）濃度減小，則△H＞0；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了轉(zhuǎn)化率、化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)平衡等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，注意對(duì)圖象進(jìn)行分析找出解題的關(guān)鍵點(diǎn)．