Question

【題目】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：

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

（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”）。

（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__________________。

（4）已知：溫度過高時，WO2 (s)轉變?yōu)?/span>WO2 (g)；

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

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

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

（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) 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(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

【答案】 60％吸熱2WO3 + H2 W2O5 + H2OW2O5、WO21:1:4+203.9 kJ·mol-1 a、b

【解析】

化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體、純液體不需要寫出；由反應方程式知，消耗的H2與生成的水的物質的量相等，假定H2與水蒸氣的物質的量分別為3mol、5mol，再根據(jù)轉化率定義計算；500℃時，溫度介于25℃～550℃，固體為WO3；由表中主要成分與溫度關系可知，第二階段反應為W2O5與H2反應生成WO2，同時還生成H2O，配平書寫方程式；根據(jù)三個階段的方程式進行計算三個階段消耗H2物質的量之比；由化學方程式知，揮發(fā)的W與I2結合形成氣態(tài)WI4，由于氣體運動的結果，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，據(jù)此解答。

（1）WO3（s）+3H2（g）W（s）+3H2O（g）的平衡常數(shù)k=；（2）由反應方程式知，消耗的H2與生成的水的物質的量相等，故H2的平衡轉化率為×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，故正反應為吸熱反應；（3）由表中主要成分與溫度關系可知，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 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 W2O5+H2O、W2O5+H2 2WO2+H2O、WO2+2H2 W+2H2O可知,三個階段消耗的氫氣的物質的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4；（4）已知：①WO2（s）+2H2（g）W（s）+2H2O（g）△H=+66.0kJmol-1，②WO2（g）+2H2W（s）+2H2O（g）△H=-137.9kJmol-1，依據(jù)蓋斯定律，①-②得WO2（s）WO2（g），故△H=66.0kJmol-1-（-137.9kJmol-1）=+203.9 kJmol-1；（5）由所給化學方程式知，揮發(fā)的W與I2結合形成氣態(tài)WI4，由于氣體運動的結果，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，答案選ab。