Question

13．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(yīng)為：WO₃ （s）+3H₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$ W （s）+3H₂O（g）
請回答下列問題：
（1）上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c^3（{H}_{2}O）}{c^3（{H}_{2}）}$．
（2）某溫度下反應(yīng)達(dá)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%
（3）上述總反應(yīng)過程大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度的關(guān)系如表所示：

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

第一階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；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?W （s）+2H₂O （g）；△H=-137.9kJ•mol-1
則WO₂（s）?WO₂ （g） 的△H=+203.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體不寫出；
（2）由反應(yīng)方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質(zhì)的量相等，假定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；
（3）由表中主要成分與溫度關(guān)系可知，第一階段反應(yīng)為WO₃與H₂反應(yīng)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(jìn)行計算三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比；
（4）根據(jù)蓋斯定律，已知：
①WO2 （s）+2H₂ （g）?W （s）+2H₂O （g）；△H₁=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂ （g）+2H₂?W （s）+2H₂O （g）；△H₂=-137.9kJ•mol^-1，
①-②得WO₂（s）?WO₂ （g）的△H．

解答 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$W （s）+3H₂O（g），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(yīng)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%；
故答案為：60%；
（3）由表中主要成分與溫度關(guān)系可知，第一階段反應(yīng)為WO₃與H₂反應(yīng)是W₂O₅，同時還生成H₂O，反應(yīng)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\;}}{\;}$W+2H₂O，三個階段消耗的氫氣的物質(zhì)的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案為：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；1：1：4；
（4）已知：①WO₂ （s）+2H₂ （g）?W （s）+2H₂O （g）；△H₁=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂ （g）+2H₂?W （s）+2H₂O （g）；△H₂=-137.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得WO₂（s）?WO₂ （g），故該反應(yīng)的△H=△H₁-△H₂=+203.9kJ•mol^-1；
故答案為：+203.9kJ•mol^-1．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的書寫、化學(xué)平衡移動原理、化學(xué)平衡計算、蓋斯定律等，題目選擇的素材比較陌生，注意△H有符號，以考查學(xué)生的能力為主，難度中等．