Question

碘钨灯具有使用寿命长、节能环保等优点。一定温度下，在碘钨灯灯泡内封存的少量碘与沉积在灯泡壁上的钨可以发生如下的可逆反应：W(s)+I₂(g)WI₂(g)。为模拟上述反应，在实验室中准确称取0.508 g碘、0.736 g金属钨放置于50.0 mL密闭容器中，并加热使其反应。下图是混合气体中的WI₂蒸气的物质的量随时间变化关系的图象[n(WI₂)-t]，其中曲线I（0 ～t2：时间段）的反应温度为450℃，曲线Ⅱ（从t2时刻开始）的反应温度为530℃。

请回答下列问题：

（1）该反应是______________（填“放热”或“吸热”）反应。

（2）反应从开始到t₁(t₁ =3min)时间内的平均速率v(I₂)=____________

（3）在450℃时，该反应的平衡常数K=_________________。

（4）能够说明上述反应已经达到平衡状态的有____________。

A．I₂与WI₂的浓度相等

B．单位时间内，金属钨消耗的物质的量与单质碘生成的物质的量相等

C．容器内混合气体的密度不再增加

D．容器内气体压强不变化

（5）假设灯丝温度为660℃，灯泡壁温度为350℃。请根据化学反应原理分析在灯泡内充入碘能够延长钨丝寿命的原因____________________________。

Answer

（1）放热；

（2）1.20×10-2mol•L-1•min-1 ；

（3）0.818；

（4）BC。

（5）扩散到灯泡内壁（低温区）的钨与I2（g）发生反应生成WI2（g），WI2（g）扩散到灯丝（高温区）重新分解出钨沉积到灯丝表面，从而延长钨丝使用寿命。

【解析】

试题分析：（1）升高温度，化学平衡向吸热方向移动；升高温度时，WI2的物质的量减少，所以向逆反应方向移动，即逆反应是吸热反应，故正反应是放热反应，故答案为：放热；

（2）v（WI2）===1.20×10-2mol•L-1•min-1；同一反应、同一时间段内各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，所以v（I2）=1.20×10-2mol•L-1•min-1；故答案为：1.20×10-2mol•L-1•min-1 ；

（3）反应开始时，碘的物质的量为n=0.004mol，反应达平衡时生成WI2，需要碘1.80×10-3mol参加反应，剩余碘0.0022mol，所以平衡时，c（WI2）=1.8×10-3mol÷0.05L=3.6×10-2mol/L，c（I2）=0.0022mol÷0.05L=0.044mol/L，K===0.818，故答案为：0.818；

（4）A、平衡时浓度不变，但物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系，所以I2与WI2的浓度相等不能说明反应达到平衡状态，A错误；B、单位时间内，金属钨消耗的物质的量与单质碘生成的物质的量相等，该反应的正逆反应速率相等，所以达到平衡状态，B正确；C、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但气体的质量是变化的，因此密度是变化的，所以当容器内混合气体的密度保持不变时可以说明反应达到平衡状态，C正确；D、该反应属于气体体积不变的反应，反应过程中气体的压强始终不变，容器内气体压强不变化，不能说明反应达到平衡状态，D错误，故选BC。

（5）W（s）+I2（g）WI2（g），该反应是可逆反应，扩散到灯泡内壁（低温区）的钨与I2（g）发生反应生成WI2（g），WI2（g）扩散到灯丝（高温区）重新分解出钨沉积到灯丝表面，从而延长钨丝使用寿命，故答案为：扩散到灯泡内壁（低温区）的钨与I2（g）发生反应生成WI2（g），WI2（g）扩散到灯丝（高温区）重新分解出钨沉积到灯丝表面，从而延长钨丝使用寿命。

考点：考查了化学平衡的移动、化学平衡状态的判断、化学反应速率的相关知识。