Question

3．碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途．回答下列問題：
①大量的碘富集在海藻中，用水浸取后濃縮，再向濃縮液中加MnO₂和H₂SO₄，即可得到I₂，該反應的還原產(chǎn)物為MnSO₄．
②已知反應2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的△H=+11kJ•mol^-1，1molH₂（g）、1molI₂（g）分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436KJ、151KJ的能量，則1molHI（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為299kJ．
③Bodensteins研究了下列反應：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分數(shù)x（HI）與反應時間t的關(guān)系如表：

t/min	0	20	40	60	80	120
X（HI）	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784
X（HI）	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

根據(jù)上述實驗結(jié)果，該反應的平衡常數(shù)K的計算式為：$\frac{0.108×0.108}{078{4}^{2}}$．
上述反應中，正反應速率為v_正=k_正x²（HI），逆反應速率為v_逆=k_逆x（H₂）x（I₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，則k_逆為$\frac{{K}_{正}}{K}$（以K和k_正表示）．若k_正=0.0027min^-1，在t=40min時，v_正=1.95×10^-3min^-1．

Answer 1

分析 ①海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反應中I元素發(fā)生氧化反應，Mn元素被還原，還原產(chǎn)物應為硫酸錳；
②正反應為吸熱反應，化學鍵斷裂時需吸收的能量-化學鍵生成時需放出的能量=反應吸收的熱量；
③表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反應進行建立平衡，由第一列數(shù)據(jù)可知，平衡時HI物質(zhì)的量分數(shù)為0.784，則氫氣、碘蒸汽總物質(zhì)的量分數(shù)為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸汽物質(zhì)的量分數(shù)相等均為0.108，反應前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量分數(shù)代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$計算；
到達平衡時，正、逆反應速率相等，結(jié)合平衡常數(shù)表達式，可知k_逆的表達式；
在t=40min時，x（HI）=0.85，代入正反應速率表達式v_正=k_正x²（HI）計算．

解答 解：①海藻中的碘元素以碘化物形式存在，反應中I元素發(fā)生氧化反應，Mn元素被還原，還原產(chǎn)物應為硫酸錳，
故答案為：MnSO₄；
②設(shè)1molHI（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為x kJ，則：2x kJ-436kJ-151kJ=11kJ，解得x=299，
故答案為：299；
③表中第一列，由HI分解建立平衡，表中第二列向逆反應進行建立平衡，由第一列數(shù)據(jù)可知，平衡時HI物質(zhì)的量分數(shù)為0.784，則氫氣、碘蒸汽總物質(zhì)的量分數(shù)為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸汽物質(zhì)的量分數(shù)相等均為0.108，反應前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量分數(shù)代替濃度計算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.108×0.108}{078{4}^{2}}$，到達平衡時，正、逆反應速率相等，則k_正x²（HI）=k_逆x（H₂）x（I₂），則k_逆=k_正×$\frac{{x}^{2}（HI）}{x（{H}_{2}）x（{I}_{2}）}$=$\frac{{K}_{正}}{K}$，
在t=40min時，正反應建立平衡的x（HI）=0.85，則v_正=k_正x²（HI）=0.0027min^-1×0.85²=1.95×10^-3min^-1，

故答案為：$\frac{0.108×0.108}{078{4}^{2}}$；$\frac{{K}_{正}}{K}$；1.95×10^-3．

點評 本題比較綜合，題目難度中等，涉及考查氧化還原反應、反應熱計算、化學平衡常數(shù)計算、化學反應速率計算及影響因素、平衡移動等，屬于拼合型題目，側(cè)重考查學生自學能力、分析解決問題的能力，注意表中數(shù)據(jù)為不同方向建立的平衡，題目中沒有明確，增大題目難度．