Question

（14分）金屬鎢用途廣泛，主要用于制造硬質或耐高溫的合金，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)  W (s) + 3H₂O (g)

請回答下列問題：

⑴ 上述反應的化學平衡常數(shù)表達式為___________________________。

⑵ 某溫度下反應達平衡時，H₂與水蒸氣的體積比為2:3，則H₂的平衡轉化率為_____________________；隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，則該反應為___________反應（填“吸熱”或“放熱”）。

⑶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___________________________；580℃時，固體物質的主要成分為________；假設WO₃完全轉化為W，則三個階段消耗H₂物質的量之比為____________________________________。

⑷ 已知：溫度過高時，WO₂ (s)轉變?yōu)閃O₂ (g)；

WO₂ (s) + 2H₂ (g)  W (s) + 2H₂O (g)   ΔH ＝ +66.0 kJ·mol^－1

WO₂ (g) + 2H₂(g)  W (s) + 2H₂O (g)   ΔH ＝ －137.9 kJ·mol^－1

則WO₂ (s)  WO₂ (g) 的ΔH ＝ ______________________。

⑸ 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)  WI₄ (g)。下列說法正確的有________________。

a．燈管內的I₂可循環(huán)使用

b．WI₄在燈絲上分解，產生的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

【答案】

：（1）k=         ；（2）60%；吸熱；（3）2WO₃+H₂W₂O₅+H₂O；W₂O₅、WO₂；1:1:4；（4）+203.9kJ·mol^-1；（5）ab。

【解析】：（1）根據題給的化學方程式，其中的WO₃和W均為固體，平衡常數(shù)中不寫入，故k=         ；（2）由方程式：WO₃+3H₂W+3H₂O，兩物質的化學計量數(shù)相同，又知平衡時兩者的體積比為2:3，故氫氣的平衡轉化率為：（3/5）×100%=60%；溫度升高時，氫氣和水蒸氣的體積比減小，說明平衡向正向移動，說明該反應正向吸熱；（3）根據表格中給出的反應的三個階段，第一階段，WO₃轉化為W₂O₅，方程式可表示為：2WO₃+H₂W₂O₅+H₂O；在580℃時，反應進入第二階段，固體物質的主要成分是：W₂O₅、WO₂；第二階段的方程式可表示為：W₂O₅+H₂2WO₂+H₂O、第三階段的方程式為： WO₂+2H₂W+2H₂O；故三階段消耗的氫氣的物質的量為：1:1:4；（4）根據題給的兩個熱化學方程式：WO₂(s)+2H₂(g)W(s)+2H₂O(g)  △H= +66.0 kJ·mol^-1①； WO₂(g)+2H₂(g)W(s)+2H₂O(g)  △H=-137.9kJ·mol^-1②；將反應①-②得到：WO₂(s)  WO₂(g)  △H= +203.9kJ·mol^-1；（5）根據鎢絲燈管的反應原理，可知燈管內的碘單質可循環(huán)使用，a對；加入碘單質的作用是減緩燈絲變細，故b對；由于四碘化鎢是在1400℃生成，高于3000℃時分解，故應在燈絲上形成，c錯；溫度升高時，不管是分解速率和化合速率都加快，d錯。

考點定位：此題為以金屬鎢的制取為基礎，綜合考查了化學平衡常數(shù)、平衡轉化率、化學平衡的移動、蓋斯定律、化學方程式的書寫等知識。