Question

14．镁、铁、钨、钒的化合物在科学研究和工业生产中用途非常广泛．
Mg₂Ni是一种储氢合金，已知：Mg（s）+H₂（g）=MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2H₂（g）=Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
（1）写出Mg₂Ni和MgH₂ 反应生成Mg和Mg₂NiH₄的热化学方程式：Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H=+84.6kJ/mol
（2）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4.5×10^-3mol碘、6.0×10^-3mol金属钨放置于50.0mL密闭容器中，并加热使其反应．如图1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该反应是放热（填“放热”或“吸热”）反应．450℃该反应的化学平衡常数K=0.5；
?②反应从开始到t₁（t₁=3min）时间内的平均速率：v（I₂）=1.0×10^-2mol•L^-1•min^-1
③能够说明上述反应已经达到平衡状态的有bc
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改变
d．容器内气体压强不发生变化
（3）烟气（主要含SO₂、CO₂）在较高温度经如图2所示方法脱除SO₂，并制得H₂SO₄．
①在阴极放电的物质是O₂．
②在阳极生成SO₃的电极反应式是2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）已知：①Mg（s）+H₂（g）=MgH₂（s）△H₁₌-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）=Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①×2可得：Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）；
（2）①由图可知，升高温度，WI₂的物质的量减少，说明化学平衡逆向移动，正反应为放热反应；
450℃平衡时，n（WI₂）=1.5×10^-3mol，则n（I₂）=4.5×10^-3mol-1.5×10^-3mol=3×10^-3mol，反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度代入K=$\frac{c（W{I}_{2}）}{c（{I}_{2}）}$计算平衡常数；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（I₂）；
③可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（3）阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，由示意图可知，阴极是氧气获得电子得到SO₄^2-，阳极是熔融硫酸钾中硫酸根失去电子生成SO₃、O₂．

解答 解：（1）已知：①Mg（s）+H₂（g）=MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）=Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①×2可得：Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H=+84.6kJ/mol，
故答案为：Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H=+84.6kJ/mol；
（2）①由图可知，升高温度，WI₂的物质的量减少，说明化学平衡逆向移动，正反应为放热反应；
450℃平衡时，n（WI₂）=1.5×10^-3mol，则n（I₂）=4.5×10^-3mol-1.5×10^-3mol=3×10^-3mol，反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{c（W{I}_{2}）}{c（{I}_{2}）}$=$\frac{1.5×1{0}^{-3}}{3×1{0}^{-3}}$=0.5，
故答案为：放热；0.5；
②△n（I₂）=n（WI₂）=1.5×10^-3mol，则v（I₂）=$\frac{\frac{1.5×1{0}^{-3}mol}{0.05L}}{3min}$=1.0×10^-2mol•L^-1•min^-1，
故答案为：1.0×10^-2mol•L^-1•min^-1；
③a．平衡时I₂与WI₂的浓度与碘的转化率有关，平衡时不一定相等，故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，说明单质碘的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故b正确；
c．容器容积不变，随反应进行容器内混合气体总质量增大，容器内混合气体的密度增大，当混合气体密度不再改变时，反应到达平衡，故c正确；
d．反应前后气体物质的量不变，恒温恒容下容器内气体压强始终不变，故d错误，
故选：bc；
（3）阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，由示意图可知，阴极是氧气获得电子得到SO₄^2-，阳极是熔融硫酸钾中硫酸根失去电子生成SO₃、O₂．
①氧气在阴极获得电子，故答案为：O₂；
②阳极电极反应方程式为：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑，故答案为：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡状态判断、热化学方程式书写、电解原理等，题目素材陌生，侧重于考查学生运用知识分析解决问题能力，难度中等．