Question

碘鎢燈具有使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)．一定溫度下，在碘鎢燈燈泡內(nèi)封存的少量碘與沉積在燈泡壁上的鎢可以發(fā)生如下的可逆反應(yīng)：
W（s）+I₂（g）  WI₂（g）
為模擬上述反應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)確稱取0.508g碘、0.736g金屬鎢放置于50.0mL密閉容器中，并加熱使其反應(yīng)．下圖是混合氣體中的WI₂蒸氣的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象[n（WI₂）～t]，其中曲線Ⅰ（0～t₂時(shí)間段）的反應(yīng)溫度為450℃，曲線Ⅱ（從t₂時(shí)刻開始）的反應(yīng)溫度為530℃．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）該反應(yīng)是

放熱

（填寫“放熱”、“吸熱”）反應(yīng)．
（2）反應(yīng)從開始到t₁（t₁=3min）時(shí)間內(nèi)的平均速率v（I₂）=

1.20×10^-2mol?L^-1?min^-1

．
（3）在450℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

9

．
（4）能夠說明上述反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有

B、C

．
A．I₂與WI₂的濃度相等               B．單位時(shí)間內(nèi)，金屬鎢消耗的物質(zhì)的量與單質(zhì)碘生成的物質(zhì)的量相等
C．容器內(nèi)混合氣體的密度不再增加    D．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變化
（5）假設(shè)燈絲溫度為660℃，燈泡壁溫度為350℃．請(qǐng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理分析在燈泡內(nèi)充入碘能夠延長鎢絲壽命的原因

擴(kuò)散到燈泡內(nèi)壁（低溫區(qū)）的鎢與I₂（g）發(fā)生反應(yīng)生成WI₂（g），

WI₂（g）擴(kuò)散到燈絲（高溫區(qū)）重新分解出鎢沉積到燈絲表面，從而延長鎢絲使用壽命．

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響并結(jié)合圖象分析；
（2）先根據(jù)圖象計(jì)算WI₂的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一反應(yīng)、同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（I₂）；
（3）化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（4）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（5）根據(jù)可逆反應(yīng)的性質(zhì)分析．

解答：解：（1）升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)；升高溫度時(shí)，WI₂的物質(zhì)的量減少，所以該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
（2）v（WI₂）=

△n

V△t

=

1.8×10-3mol

0.05L×3min

=1.20×10^-2　mol?L^-1?min^-1；同一反應(yīng)、同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，所以v（I₂）=1.20×10^-2mol?L^-1?min^-1；
故答案為：1.20×10^-2mol?L^-1?min^-1 ；
（3）反應(yīng)開始時(shí)，碘的物質(zhì)的量為n=

0.508g

254g/mol

=0.002mol，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)生成WI₂，需要碘1.80×10^-3mol參加反應(yīng)，剩余碘0.0002mol，所以平衡時(shí)，c（WI₂）=

1.80×10-3mol

0.05L

=3.6×10^-2mol/L，c（I₂）=

0.0002mol

0.05L

0.004mol/L，K=

0.036mol/L

0.004mol/l

=9，
故答案為：9；
（4）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化．
A、反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，I₂與WI₂的濃度可能相等也可能不等，與反應(yīng)初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以不能證明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B、單位時(shí)間內(nèi)，金屬鎢消耗的物質(zhì)的量與單質(zhì)碘生成的物質(zhì)的量相等，該反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，所以達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，即質(zhì)量也不變，容器的體積不變，所以密度不再變化，故C正確；
D、該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)始終不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B、C；
（5）W（s）+I₂（g）?WI₂（g），該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，擴(kuò)散到燈泡內(nèi)壁（低溫區(qū)）的鎢與I₂（g）發(fā)生反應(yīng)生成WI₂（g），WI₂（g）擴(kuò)散到燈絲（高溫區(qū)）重新分解出鎢沉積到燈絲表面，從而延長鎢絲使用壽命．
故答案為：擴(kuò)散到燈泡內(nèi)壁（低溫區(qū)）的鎢與I₂（g）發(fā)生反應(yīng)生成WI₂（g），WI₂（g）擴(kuò)散到燈絲（高溫區(qū)）重新分解出鎢沉積到燈絲表面，從而延長鎢絲使用壽命．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，易錯(cuò)題是（4）C選項(xiàng)，注意化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷中，體積一定時(shí)，反應(yīng)前后混合氣體質(zhì)量改變的可根據(jù)密度判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)前后混合氣體質(zhì)量不變的不能根據(jù)密度判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)．