Question

已知：將KI、鹽酸、試劑X和淀粉四種溶液混合，無反應發生。若再加入雙氧水，將發生反應：H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂，且生成的I₂立即與試劑X反應而被消耗。一段時間后，試劑X將被反應生成的I₂完全消耗。由于溶液中的I^—繼續被H₂O₂氧化，生成的I₂與淀粉作用，溶液立即變藍。因此，根據試劑X的量、滴入雙氧水至溶液變藍所需的時間，即可推算反應H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂的反應速率。
下表為某同學依據上述原理設計的實驗及實驗記錄（各實驗均在室溫條件下進行）：

編號	往燒杯中加入的試劑及其用量（mL）					催化劑	開始變藍時間（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	1.4
2	20.0	m	10.0	10.0	n	無	2.8
3	10.0	20.0	10.0	20.0	20.0	無	2.8
4	20.0	10.0	10.0	20.0	20.0	5滴Fe2(SO4)3	0.6

 
（1）已知：實驗1、2的目的是探究H₂O₂濃度對H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂反應速率的影響。實驗2中m=            ，n=              。
（2）已知，I₂與X反應時，兩者物質的量之比為1∶2。按面表格中的X和KI的加入量，加入V（H₂O₂）>________，才確保看到藍色。
（3）實驗1，濃度c(X)~ t的變化曲線如圖，若保持其它條件不變，請在答題卡坐標圖中，分別畫出實驗3、實驗4，c(X)~ t的變化曲線圖（進行相應的標注）。

（4）實驗3表明：硫酸鐵能提高反應速率。催化劑能加快反應速率是因為催化劑      (填“提高”或“降低”)了反應活化能。
（5）環境友好型鋁—碘電池已研制成功，已知電池總反應為：2Al（s）+3I₂（s）2AlI₃（s）。含I^—傳導有機晶體合成物作為電解質，該電池負極的電極反應為：______________________________，充電時Al連接電源的___________極。

Answer 1

（16分）  
（1）20.0，20.0  （各2分，共4分）
（2）0.5mL（2分）
（3）畫圖（共4分，標注2分）

（4）降低（2分） 
（5）Al—3e^— +3I^— =" Al" I₃    負極 （各2分，共4分）

解析試題分析：（1）根據對比實驗的目的可知，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；由于實驗1所用溶液總體積為(20.0+10.0+10.0+20.0+20.0)mL，實驗2所用溶液的總體積為(20.0+m+10.0+10.0+n)，由于實驗1、2所用溶液的總體積相同，n=20.0，則m=20.0；（2）由于n=c?V，則n(X)= 0.01 mol·Lˉ¹×10.0×10ˉ³L =10ˉ⁴mol；由于I₂與X反應時，兩者物質的量之比為1∶2，則n(I₂)=0.5×10ˉ⁴mol，為了確保看到藍色，n(I₂)一定大于0.5×10ˉ⁴mol；由于n(I^—)= 0.1 mol·Lˉ¹×10.0×10ˉ³L =10ˉ³mol，則碘離子一定過量，過氧化氫完全反應，H₂O₂+2H⁺+2I^—→2H₂O+I₂中過氧化氫與I₂的系數之比等于物質的量之比，為了確保看到藍色，n(H₂O₂)一定大于0.5×10ˉ⁴mol；由于V=n/c，則V(H₂O₂)>0.5×10ˉ⁴mol÷0.1 mol·Lˉ¹，即V(H₂O₂)>0.5mL；（3）畫圖要點：由于KI、雙氧水、鹽酸均過量，則X將反應完全，實驗1、3、4中X的起始濃度相同，反應停止時X的濃度也都為0；實驗1→實驗3，僅減小碘化鉀溶液的濃度，反應速率減小，X的濃度由起始濃度減小到0的時間增大，實驗3和實驗1的起點和終點值相同，中間過程的曲線在實驗1曲線的右邊，反應的時間比實驗1長；實驗1→實驗4，其他條件相同，僅使用了催化劑，反應速率加快，X的濃度由起始濃度減小到0的時間縮短，實驗4和實驗1的起點和終點值相同，中間過程的曲線在實驗1曲線的左邊，反應的時間比實驗1少；（4）硫酸鐵溶液是該反應的催化劑，能加快反應速率，原因是催化劑能降低反應的活化能；（5）原電池的負極反應氧化反應，正極發生還原反應，電池總反應中鋁元素由0升為+3價，發生氧化反應，說明負極的主要反應物和產物是Al、AlI₃，根據電解質中定向移動離子及電子、電荷、原子守恒原理，負極反應式為Al—3e^— +3I^— =" Al" I₃；放電時鋁電極發生氧化反應，充電時該電極上發生還原反應，鋁元素由+3降為0，由于電解池中陰極發生還原反應，則充電時鋁電極作陰極，應該與直流電源的負極相連。
考點：考查化學反應原理，涉及濃度對化學反應速率的影響、物質的量濃度的有關計算、對比實驗方案的設計與評價、物質的量在化學或離子方程式計算中的應用、畫出濃度和催化劑對反應速率的影響圖像、催化劑影響反應速率的原因、原電池和電解原理等。