Question

已知：将KI、盐酸、试剂X和淀粉四种溶液混合，无反应发生。若再加入双氧水，将发生反应：H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂，且生成的I₂立即与试剂X反应而被消耗。一段时间后，试剂X将被反应生成的I₂完全消耗。由于溶液中的I^—继续被H₂O₂氧化，生成的I₂与淀粉作用，溶液立即变蓝。因此，根据试剂X的量、滴入双氧水至溶液变蓝所需的时间，即可推算反应H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂的反应速率。

下表为某同学依据上述原理设计的实验及实验记录（各实验均在室温条件下进行）：

编号	往烧杯中加入的试剂及其用量（mL）	催化剂	开始变蓝时间（min）
0.1 mol·Lˉ^1 KI溶液	H2O	0.01 mol·Lˉ^1 X 溶液	0.1 mol·Lˉ^1 双氧水	1 mol·Lˉ^1 稀盐酸
1	20.0	10.0	10.0	20.0	20.0	无	1.4
2	20.0	m	10.0	10.0	n	无	2.8
3	10.0	20.0	10.0	20.0	20.0	无	2.8
4	20.0	10.0	10.0	20.0	20.0	5滴Fe2(SO4)3	0.6

（1）已知：实验1、2的目的是探究H₂O₂浓度对H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂反应速率的影响。实验2中m=             ，n=               。

（2）已知，I₂与X反应时，两者物质的量之比为1∶2。按面表格中的X和KI的加入量，加入V（H₂O₂）>________，才确保看到蓝色。

（3）实验1，浓度c(X)~ t的变化曲线如图，若保持其它条件不变，请在答题卡坐标图中，分别画出实验3、实验4，c(X)~ t的变化曲线图（进行相应的标注）。

（4）实验3表明：硫酸铁能提高反应速率。催化剂能加快反应速率是因为催化剂       (填“提高”或“降低”)了反应活化能。

（5）环境友好型铝—碘电池已研制成功，已知电池总反应为：2Al（s）+3I₂（s）2AlI₃（s）。含I^—传导有机晶体合成物作为电解质，该电池负极的电极反应为：______________________________，充电时Al连接电源的___________极。

Answer

（16分）  

（1）20.0，20.0   （各2分，共4分）

（2）0.5mL（2分）

（3）画图（共4分，标注2分）

（4）降低（2分） 

（5）Al—3e— +3I— = Al I3     负极 （各2分，共4分）

【解析】

试题分析：（1）根据对比实验的目的可知，只改变双氧水浓度，其它条件相同，则盐酸的浓度不变，所以其体积保持不变，则n=20.0；由于实验1所用溶液总体积为(20.0+10.0+10.0+20.0+20.0)mL，实验2所用溶液的总体积为(20.0+m+10.0+10.0+n)，由于实验1、2所用溶液的总体积相同，n=20.0，则m=20.0；（2）由于n=c•V，则n(X)= 0.01 mol·Lˉ1×10.0×10ˉ3L =10ˉ4mol；由于I2与X反应时，两者物质的量之比为1∶2，则n(I2)=0.5×10ˉ4mol，为了确保看到蓝色，n(I2)一定大于0.5×10ˉ4mol；由于n(I—)= 0.1 mol·Lˉ1×10.0×10ˉ3L =10ˉ3mol，则碘离子一定过量，过氧化氢完全反应，H2O2+2H++2I—→2H2O+I2中过氧化氢与I2的系数之比等于物质的量之比，为了确保看到蓝色，n(H2O2)一定大于0.5×10ˉ4mol；由于V=n/c，则V(H2O2)>0.5×10ˉ4mol÷0.1 mol·Lˉ1，即V(H2O2)>0.5mL；（3）画图要点：由于KI、双氧水、盐酸均过量，则X将反应完全，实验1、3、4中X的起始浓度相同，反应停止时X的浓度也都为0；实验1→实验3，仅减小碘化钾溶液的浓度，反应速率减小，X的浓度由起始浓度减小到0的时间增大，实验3和实验1的起点和终点值相同，中间过程的曲线在实验1曲线的右边，反应的时间比实验1长；实验1→实验4，其他条件相同，仅使用了催化剂，反应速率加快，X的浓度由起始浓度减小到0的时间缩短，实验4和实验1的起点和终点值相同，中间过程的曲线在实验1曲线的左边，反应的时间比实验1少；（4）硫酸铁溶液是该反应的催化剂，能加快反应速率，原因是催化剂能降低反应的活化能；（5）原电池的负极反应氧化反应，正极发生还原反应，电池总反应中铝元素由0升为+3价，发生氧化反应，说明负极的主要反应物和产物是Al、AlI3，根据电解质中定向移动离子及电子、电荷、原子守恒原理，负极反应式为Al—3e— +3I— = Al I3；放电时铝电极发生氧化反应，充电时该电极上发生还原反应，铝元素由+3降为0，由于电解池中阴极发生还原反应，则充电时铝电极作阴极，应该与直流电源的负极相连。

考点：考查化学反应原理，涉及浓度对化学反应速率的影响、物质的量浓度的有关计算、对比实验方案的设计与评价、物质的量在化学或离子方程式计算中的应用、画出浓度和催化剂对反应速率的影响图像、催化剂影响反应速率的原因、原电池和电解原理等。