Question

20．金屬鎢用途廣泛，主要用于制造硬質(zhì)或耐高溫的合金，以及燈泡的燈絲．高溫下，在密閉容器中用H₂還原WO₃可得到金屬鎢，其總反應為：WO₃（s）+3H₂ （g）$\stackrel{高溫}{?}$ W（s）+3H₂O（g）
請回答下列問題：
（1）上述反應的化學平衡常數(shù)表達式為$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
（2）某溫度下反應達平衡時，H₂與水蒸氣的體積比為2：3，則H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%；隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，則該反應為吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）上述總反應過程大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度的關(guān)系如下表所示：

溫度	25℃～550℃～600℃～700℃
主要成份	WO3       W2O5        WO2        W

第一階段反應的化學方程式為2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；580℃時，固體物質(zhì)的主要成分為W₂O₅、WO₂；假設(shè)WO₃完全轉(zhuǎn)化為W，則三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比為1：1：4．
（4）已知：溫度過高時，WO₂（s）轉(zhuǎn)變?yōu)閃O₂（g）；
WO₂（s）+2H₂（g）═W（s）+2H₂O （g）△H=+66.0kJ•mol^-1
WO₂（g）+2H₂（g）═W（s）+2H₂O （g）△H=-137.9kJ•mol^-1
則WO₂（s）═WO₂（g） 的△H=+203.9 kJ•mol^-1．
（5）鎢絲燈管中的W在使用過程中緩慢揮發(fā)，使燈絲變細，加入I₂可延長燈管的使用壽命，其工作原理為W（s）+2I₂ （g）$?_{約3000℃}^{1400℃}$ WI₄ （g）．下列說法正確的有ab．
a．燈管內(nèi)的I₂可循環(huán)使用
b．WI₄在燈絲上分解，產(chǎn)生的W又沉積在燈絲上
c．WI₄在燈管壁上分解，使燈管的壽命延長
d．溫度升高時，WI₄的分解速率加快，W和I₂的化合速率減慢．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
（2）由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質(zhì)的量相等，假定平衡時H₂與水蒸氣的物質(zhì)的量分別為2mol、3mol，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算；
隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明升高溫度平衡向正反應移動；
（3）由表中主要成分與溫度關(guān)系可知，第一階段反應為WO₃與H₂反應是W₂O₅，同時還生成H₂O，配平書寫方程式；
580℃時，溫度介于550℃～600℃，固體為W₂O₅、WO₂的混合物；
根據(jù)三個階段的方程式進行計算三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比；
（4）已知：①WO₂（s）+2H₂（g）═W（s）+2H₂O （g）△H=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂（g）+2H₂（g）═W（s）+2H₂O （g）△H=-137.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：WO₂（s）═WO₂（g），反應熱也進行相應的運算；
（5）由化學方程式知，揮發(fā)的W與I₂結(jié)合形成氣態(tài)WI₄，由于氣體運動的結(jié)果，WI₄會與還沒有揮發(fā)的W接觸，在高溫下WI₄分解生成的W附著在還沒有揮發(fā)的W上，燈管壁溫度較低，WI₄不會分解，升高溫度，正逆反應速率都加快．

解答 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$W（s）+3H₂O（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（2）由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質(zhì)的量相等，故H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{3mol}{2mol+3mol}$×100%=60%，
升高溫度，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明升溫時平衡向右移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為吸熱反應，
故答案為：60%；吸熱；
（3）由表中主要成分與溫度關(guān)系可知，第一階段反應為WO₃與H₂反應是W₂O₅，同時還生成H₂O，反應方程式為：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O，580℃時，溫度介于550℃～600℃，固體為W₂O₅、WO₂的混合物；
假定有2molWO₃，由2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O、W₂O₅+H₂?$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2WO₂+H₂O、WO₂+2H₂?$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W+2H₂O可知，三個階段消耗的氫氣的物質(zhì)的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案為：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；W₂O₅、WO₂；1：1：4；
（4）已知：①WO₂ （s）+2H₂ （g）?W （s）+2H₂O （g）；△H=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂ （g）+2H₂?W （s）+2H₂O （g）；△H=-137.9kJ•mol^-1
①-②得則WO₂ （s）?WO₂ （g），故△H=66.0kJ•mol^-1-（-137.9kJ•mol^-1）=+203.9 kJ•mol^-1，
故答案為：+203.9 kJ•mol^-1；
（5）由所給化學方程式知，揮發(fā)的W與I₂結(jié)合形成氣態(tài)WI₄，由于氣體運動的結(jié)果，WI₄會與還沒有揮發(fā)的W接觸，在高溫下WI₄分解生成的W及I₂，生成W附著在還沒有揮發(fā)的W上，燈管內(nèi)的I₂可循環(huán)使用，故a、b對；燈管壁溫度較低，WI₄不會分解，故c錯；升高溫度，也能加快W與I₂的反應速率，故d錯，
故答案為：ab．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡常數(shù)的書寫、反應熱的計算、化學平衡移動原理等，題目選擇的素材比較陌生，以考查學生的能力為主，難度中等．