Question

碘鎢燈具有使用壽命長、節能環保等優點．一定溫度下，在碘鎢燈燈泡內封存的少量碘與沉積在燈泡壁上的鎢可以發生如下的可逆反應：
W（s）+I₂（g）  WI₂（g）
為模擬上述反應，在實驗室中準確稱取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．下圖是混合氣體中的WI₂蒸氣的物質的量隨時間變化關系的圖象[n（WI₂）～t]，其中曲線Ⅰ（0～t₂時間段）的反應溫度為450℃，曲線Ⅱ（從t₂時刻開始）的反應溫度為530℃．

請回答下列問題：
（1）該反應是

放熱

（填寫“放熱”、“吸熱”）反應．
（2）反應從開始到t₁（t₁=3min）時間內的平均速率v（I₂）=

1.20×10^-2mol?L^-1?min^-1

．
（3）在450℃時，該反應的平衡常數K=

9

．
（4）能夠說明上述反應已經達到平衡狀態的有

B、C

．
A．I₂與WI₂的濃度相等               B．單位時間內，金屬鎢消耗的物質的量與單質碘生成的物質的量相等
C．容器內混合氣體的密度不再增加    D．容器內氣體壓強不變化
（5）假設燈絲溫度為660℃，燈泡壁溫度為350℃．請根據化學反應原理分析在燈泡內充入碘能夠延長鎢絲壽命的原因

擴散到燈泡內壁（低溫區）的鎢與I₂（g）發生反應生成WI₂（g），

WI₂（g）擴散到燈絲（高溫區）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）根據溫度對化學平衡的影響并結合圖象分析；
（2）先根據圖象計算WI₂的反應速率，再根據同一反應、同一時間段內各物質的反應速率之比等于計量數之比計算v（I₂）；
（3）化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
（4）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，可由此進行判斷；
（5）根據可逆反應的性質分析．

解答：解：（1）升高溫度，化學平衡向吸熱方向移動；升高溫度時，WI₂的物質的量減少，所以該反應向逆反應方向移動，即逆反應是吸熱反應，所以正反應是放熱反應，
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、同一時間段內各物質的反應速率之比等于計量數之比，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）反應開始時，碘的物質的量為n=

0.508g

254g/mol

=0.002mol，反應達平衡時生成WI₂，需要碘1.80×10^-3mol參加反應，剩余碘0.0002mol，所以平衡時，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）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化．
A、反應達平衡時，I₂與WI₂的濃度可能相等也可能不等，與反應初始濃度及轉化率有關，所以不能證明達到平衡狀態，故A錯誤；
B、單位時間內，金屬鎢消耗的物質的量與單質碘生成的物質的量相等，該反應的正逆反應速率相等，所以達到平衡狀態，故B正確；
C、平衡時各種物質的物質的量，即質量也不變，容器的體積不變，所以密度不再變化，故C正確；
D、該反應是反應前后氣體體積不變的反應，無論反應是否達到平衡狀態，壓強始終不變，故D錯誤；
故答案為：B、C；
（5）W（s）+I₂（g）?WI₂（g），該反應是可逆反應，擴散到燈泡內壁（低溫區）的鎢與I₂（g）發生反應生成WI₂（g），WI₂（g）擴散到燈絲（高溫區）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：擴散到燈泡內壁（低溫區）的鎢與I₂（g）發生反應生成WI₂（g），WI₂（g）擴散到燈絲（高溫區）重新分解出鎢沉積到燈絲表面，從而延長鎢絲使用壽命．

點評：本題考查了化學反應速率的表示方法、化學平衡狀態的判斷等知識點，難度不大，易錯題是（4）C選項，注意化學平衡狀態的判斷中，體積一定時，反應前后混合氣體質量改變的可根據密度判斷是否達到平衡狀態，反應前后混合氣體質量不變的不能根據密度判斷是否達到平衡狀態．