NaHSO3可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗时才有I2析出。某课题组用0.02mol/LNaHSO3溶液和0.02mol/L KIO3溶液,以及淀粉作指示剂,通过测定溶液变蓝所用时间来探究影响化学反应速率的因素。
(1)写出NaHSO3溶液与过量KIO3溶液反应生成I2的离子方程式:__________________________。
(2)调节反应物浓度和温度进行对比实验,记录结果如下:
2IO3-+5HSO3-=5 SO42- +I2+3H++H2O 25 40 温度低于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越短 温度高于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越长 反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大反应速率越快反应生成的SO42-对反应起催化作用,SO42- 浓度越大反应速率越快 在烧杯乙中进行同一反应(不同的是乙烧杯中预先加入少量I2,其他反应条件均完全相同) 若V(甲)< V(乙)则假设一成立
【解析】本题考查设计实验方案探究外界条件对化学反应速率的影响。
(1)NaHSO3溶液与过量KIO3溶液反应生成I2,KIO3被还原为I2,NaHSO3被氧化,可写出HSO3-+IO3-→SO42-+I2,根据得失电子守恒可配平5HSO3-+2IO3-→5SO42-+I2,结合原子守恒和电荷守恒得离子方程式为2IO3-+5HSO3-=5SO42- +I2+3H++H2O。
(2)通过比较分析,实验①和实验②反应温度相同,实验①和实验②是探究反应物KIO3浓度对化学反应速率的影响,10+15+a=10+40,a=25。实验②和实验③是探究温度对化学反应速率的影响,浓度必须相同,b=40。
(3)①根据图像在30℃下,从反应开始到溶液变蓝需要65s;若溶液变蓝时,I2的物质的量为n mol,根据I守恒,消耗的IO3-物质的量为2nmol,υ(IO3-)=2nmol [(10+40)10-3L]65s=mol·L-1·s-1。
②根据图像,低于50℃时,溶液变蓝所需时间与反应温度的关系:温度低于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越短;温度高于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越长。
(4)课题组排除了浓度、温度等影响因素,由于该反应中没有气体参与,所以对起始阶段反应速率逐渐增大的影响因素为催化剂,没有添加催化剂,所以起催化作用的应猜想为反应的生成物。假设一:反应生成的I2对反应起催化作用,I2浓度越大反应速率越快;假设二:反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大反应速率越快;假设三:反应生成的SO42-对反应起催化作用,SO42- 浓度越大反应速率越快。
(5)设计实验验证假设一,即设计实验方案验证I2的浓度对化学反应速率的影响。用控制变量法,乙中盛放与甲中相同的NaHSO3溶液与过量KIO3 溶液,只不过在乙中烧杯中预先加入少量I2,测定其起始阶段的相同时间内的反应速率V(乙)。若V(甲)V(乙),则假设一成立。