Question

（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）。

 

Answer 1

（1）2 I－+O3+2H+==I2+O2+H2O（2分，其他合理学科网答案也给分）

△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，其他合理学科网答案也给分）

【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+H2SO4Na2SO4+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”。

【学科网考点定位】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。