Question

13．已知：將KI、鹽酸、試劑X和淀粉四種溶液混合，無(wú)反應(yīng)發(fā)生．若再加入雙氧水，將發(fā)生反應(yīng)：H₂O₂+2H⁺+2I^-→2H₂O+I₂，且生成的I₂立即與試劑X反應(yīng)而被消耗．一段時(shí)間后，試劑X將被反應(yīng)生成的I₂完全消耗．由于溶液中的I^-繼續(xù)被H₂O₂氧化，生成的I₂與淀粉作用，溶液立即變藍(lán)．因此，根據(jù)試劑X的量、滴入雙氧水至溶液變藍(lán)所需的時(shí)間，即可推算反應(yīng)H₂O₂+2H⁺+2I^-→2H₂O+I₂的反應(yīng)速率．
下表為某同學(xué)依據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)記錄（各實(shí)驗(yàn)均在室溫條件下進(jìn)行）：

編號(hào)	往燒杯中加入的試劑及其用量（mL）					催化劑	開始變藍(lán)時(shí)間（min）
	0.1 mol•Lˉ1 KI溶液	H2O	0.01 mol•Lˉ1 X 溶液	0.1 mol•Lˉ1 雙氧水	1 mol•Lˉ1 稀鹽酸
1	20.0	10.0	10.0	20.0	20.0	無(wú)	1.4
2	20.0	m	10.0	10.0	n	無(wú)	2.8
3	10.0	20.0	10.0	20.0	20.0	無(wú)	2.8
4	20.0	10.0	10.0	20.0	20.0	5滴Fe2（SO4）3	0.6

（1）已知：實(shí)驗(yàn)1、2的目的是探究H₂O₂濃度對(duì)H₂O₂+2H⁺+2I^-→2H₂O+I₂反應(yīng)速率的影響．實(shí)驗(yàn)2中m=20.0，n=20.0．
（2）已知，I₂與X反應(yīng)時(shí)，兩者物質(zhì)的量之比為1：2．按面表格中的X和KI的加入量，加入V（H₂O₂）＞0.5mL，才確�？吹剿{(lán)色．
（3）實(shí)驗(yàn)1，濃度c（X）～t的變化曲線如圖，若保持其它條件不變，請(qǐng)?jiān)诖痤}卡坐標(biāo)圖中，分別畫出實(shí)驗(yàn)3、實(shí)驗(yàn)4，c（X）～t的變化曲線圖（進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注）．
（4）實(shí)驗(yàn)3表明：硫酸鐵能提高反應(yīng)速率．催化劑能加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档停ㄌ睢疤岣摺被颉敖档汀保┝朔磻?yīng)活化能．
（5）環(huán)境友好型鋁-碘電池已研制成功，已知電池總反應(yīng)為：2Al（s）+3I₂（s）$?_{充電}^{放電}$2AlI₃（s）．含I^-傳導(dǎo)有機(jī)晶體合成物作為電解質(zhì)，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)為：Al-3e^-+3I^-=AlI₃，充電時(shí)Al連接電源的負(fù)極．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2的目的是探究H₂O₂濃度對(duì)H₂O₂+2H⁺+2I^-→2H₂O+I₂反應(yīng)速率的影響判斷m、n，除了雙氧水的濃度不同外，其它條件完全相同；
（2）根據(jù)上述表格可知X的物質(zhì)的量為0.01 mol•L^-1×0.01L=1.0×10^-4mol，I₂與X反應(yīng)時(shí)，兩者物質(zhì)的量之比為1：2，所以I₂的物質(zhì)的量為5.0×10^-5mol，根據(jù)化學(xué)方程式H₂O₂+2H⁺+2I^-═2H₂O+I₂可求得需要H₂O₂的物質(zhì)的量為5.0×10^-5mol，據(jù)此求得雙氧水的體積，為了確�？吹剿{(lán)色，碘離子一定過(guò)量，雙氧水的體積大于所求的值；
（3）根據(jù)表格可以看出，實(shí)驗(yàn)3與實(shí)驗(yàn)1相比，KI的起始濃度小，反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)4與實(shí)驗(yàn)1相比，濃度都一樣，實(shí)驗(yàn)4用了催化劑，反應(yīng)時(shí)間變短，據(jù)此可以畫圖；
（4）催化劑能改變反應(yīng)速率的原因是降低了反應(yīng)的活化能，改變了反應(yīng)途徑；
（5）原電池的負(fù)極上是電解本身是電子的氧化反應(yīng)，充電時(shí)，電池的負(fù)極和電源的負(fù)極相接．

解答 解：（1）根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的可知，實(shí)驗(yàn)1、2的目的是探究H₂O₂濃度對(duì)H₂O₂+2H⁺+2I^-→2H₂O+I₂反應(yīng)速率的影響，只改變雙氧水濃度，其它條件相同，則鹽酸的濃度不變，所以其體積保持不變，則n=20.0；由于實(shí)驗(yàn)1所用溶液總體積為（20.0+10.0+10.0+20.0+20.0）mL，實(shí)驗(yàn)2所用溶液的總體積為（20.0+m+10.0+10.0+n），由于實(shí)驗(yàn)1、2所用溶液的總體積相同，n=20.0，則m=20.0，
故答案為：20.0；20.0；
（2）根據(jù)上述表格可知X的物質(zhì)的量n（X）=c•V=0.01 mol•L^-1×0.01L=1.0×10^-4mol，I₂與X反應(yīng)時(shí)，兩者物質(zhì)的量之比為1：2，所以I₂的物質(zhì)的量為5.0×10^-5mol，根據(jù)化學(xué)方程式H₂O₂+2H⁺+2I^-═2H₂O+I₂可求得需要H₂O₂的物質(zhì)的量為5.0×10^-5mol，據(jù)此求得雙氧水的體積V（H₂O₂）=$\frac{5.0×1{0}^{-5}mol}{0.1mol/L}$=0.5mL，為了確�？吹剿{(lán)色，n（I₂）一定大于0.5×10ˉ⁴mol，n（H₂O₂）一定大于0.5×10ˉ⁴mol，即V（H₂O₂）＞0.5mL，
故答案為：0.5mL；
（3）由于KI、雙氧水、鹽酸均過(guò)量，則X將反應(yīng)完全，實(shí)驗(yàn)1、3、4中X的起始濃度相同，反應(yīng)停止時(shí)X的濃度也都為0；實(shí)驗(yàn)1→實(shí)驗(yàn)3，僅減小碘化鉀溶液的濃度，反應(yīng)速率減小，X的濃度由起始濃度減小到0的時(shí)間增大，實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)1的起點(diǎn)和終點(diǎn)值相同，中間過(guò)程的曲線在實(shí)驗(yàn)1曲線的右邊，反應(yīng)的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)1長(zhǎng)；實(shí)驗(yàn)1→實(shí)驗(yàn)4，其他條件相同，僅使用了催化劑，反應(yīng)速率加快，X的濃度由起始濃度減小到0的時(shí)間縮短，實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)1的起點(diǎn)和終點(diǎn)值相同，中間過(guò)程的曲線在實(shí)驗(yàn)1曲線的左邊，反應(yīng)的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)1少，據(jù)此可以畫圖為：，
故答案為：；
（4）硫酸鐵溶液是該反應(yīng)的催化劑，能加快反應(yīng)速率，原因是催化劑能降低反應(yīng)的活化能，
故答案為：降低；
（5）原電池的負(fù)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電池總反應(yīng)中鋁元素由0升為+3價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，說(shuō)明負(fù)極的主要反應(yīng)物和產(chǎn)物是Al、AlI₃，根據(jù)電解質(zhì)中定向移動(dòng)離子及電子、電荷、原子守恒原理，負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e^-+3I^-=AlI₃，放電時(shí)鋁電極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時(shí)該電極上發(fā)生還原反應(yīng)，鋁元素由+3降為0，由于電解池中陰極發(fā)生還原反應(yīng)，則充電時(shí)鋁電極作陰極，應(yīng)該與直流電源的負(fù)極相連，
故答案為：Al-3e^-+3I^-=AlI₃；負(fù)極．

點(diǎn)評(píng) 本題探究濃度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，在探究外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響時(shí)，一般都保持一個(gè)變量，其他條件不變，解題時(shí)要注意對(duì)題中的信息時(shí)行加工處理，題目難度中等．