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(yīng)為：WO₃（s）+3H₂ （g）$\stackrel{高溫}{?}$ W（s）+3H₂O（g）
請(qǐng)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(shí)，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(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）上述總反應(yīng)過程大致分為三個(gè)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(yīng)的化學(xué)方程式為2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；580℃時(shí)，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(gè)階段消耗H₂物質(zhì)的量之比為1：1：4．
（4）已知：溫度過高時(shí)，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(xì)，加入I₂可延長(zhǎng)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(zhǎng)
d．溫度升高時(shí)，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(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（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，假定平衡時(shí)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(jì)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(yīng)移動(dòng)；
（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(shí)還生成H₂O，配平書寫方程式；
580℃時(shí)，溫度介于550℃～600℃，固體為W₂O₅、WO₂的混合物；
根據(jù)三個(gè)階段的方程式進(jìn)行計(jì)算三個(gè)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(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；
（5）由化學(xué)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，WI₄會(huì)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(huì)分解，升高溫度，正逆反應(yīng)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(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%，
升高溫度，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明升溫時(shí)平衡向右移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
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(yīng)為WO₃與H₂反應(yīng)是W₂O₅，同時(shí)還生成H₂O，反應(yīng)方程式為：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O，580℃時(shí)，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\;}}{\;}$W+2H₂O可知，三個(gè)階段消耗的氫氣的物質(zhì)的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案為：2WO₃+H₂$\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(xué)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，WI₄會(huì)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(duì)；燈管壁溫度較低，WI₄不會(huì)分解，故c錯(cuò)；升高溫度，也能加快W與I₂的反應(yīng)速率，故d錯(cuò)，
故答案為：ab．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的書寫、反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理等，題目選擇的素材比較陌生，以考查學(xué)生的能力為主，難度中等．