Question

11．Bodensteins研究了下列反应：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：

t/min	0	20	40	60	80	120
X（HI）	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784
X（HI）	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

（1）716K时，可以表示可逆反应2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）达到平衡的标志是AG．
A．碘化氢的生成速率和分解速率相等
B．单位时间内，1molH-H键生成，同时有2molH-I断开．
C．恒容的容器中，气体密度保持不变
D．恒容的容器中，压强保持不变
E．c（H₂）和c（I₂）的浓度相等
F．容器内气体的平均分子量保持不变
G．容器内气体颜色保持不变
（2）根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为：$\frac{0.10{8}^{2}}{0.78{4}^{2}}$．（用表中具体数值代入，不计算结果）
（3）上述反应中，正反应速率为v_正=k_正x²（HI），逆反应速率为v_逆=k_逆x（H₂）x（I₂），其中
k_正、k_逆为速率常数，则k_逆为$\frac{{k}_{正}}{K}$（以K和k_正表示）．若k_正=0.0027min^-1，在t=40min时，v_正=1.95×10^-3min^-1．

Answer 1

分析 （1）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；
（2）根据表中数据知，反应达到平衡状态时，HI的物质的量分数是0.784，碘和氢气的物质的量分数相等为0.108，其化学平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）．c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；
（3）根据化学平衡常数公式确定k_逆、K、k_正的关系；根据v_正=k_正x²（HI）计算正反应速率．

解答 解：（1）A．碘化氢的生成速率和分解速率相等，说明该反应达到平衡状态，故正确；
B．无论反应是否达到平衡状态，都存在单位时间内1molH-H键生成同时有2molH-I断开，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
C．恒容的容器中，无论反应是否达到平衡状态，气体密度始终不变，所以不能据此判断平衡状态，
故错误；
D．反应前后气体计量数之和不变，所以恒容的容器中，压强始终保持不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
E．无论反应是否达到平衡状态，c（H₂）和c（I₂）的浓度始终相等，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
F．反应前后气体的计量数之和不变，气体质量不变，所以气体的平均摩尔质量始终不变，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
G．容器内气体颜色保持不变，说明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；
故选AG；            
（2）根据表中数据知，反应达到平衡状态时，HI的物质的量分数是0.784，碘和氢气的物质的量分数相等为0.108，其化学平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）．c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.10{8}^{2}}{0.78{4}^{2}}$，
故答案为：$\frac{0.10{8}^{2}}{0.78{4}^{2}}$；
（3）该反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，v_正=k_正x²（HI）=v_逆=k_逆x（H₂）x（I₂），则k_逆=k_正.$\frac{x（HI）^{2}}{x（{H}_{2}）．x（{I}_{2}）}$=$\frac{{k}_{正}}{K}$，若k_正=0.0027min^-1，在t=40min时，v_正=0.0027min^-1×0.85²=1.95×10^-3min^-1，故答案为：$\frac{{k}_{正}}{K}$；1.95×10^-3．

点评 本题考查化学平衡状态判断、化学平衡常数有关计算等知识点，侧重考查学生分析判断能力，易错点是平衡状态判断，注意：只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态判断依据，难点是（3）题计算．