Question

13．金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝．高温下，在密闭容器中用H₂还原WO₃可得到金属钨，其总反应为：
WO₃ （s）+3H₂ （g） $\stackrel{高温}{?}$W （s）+3H₂O （g）
请回答下列问题：
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
（2）某温度下反应达平衡时，H₂与水蒸气的体积比为2：3，则H₂的平衡转化率为60%；随温度的升高，H₂与水蒸气的体积比减小，则该反应为反应吸热（填“吸热”或“放热”）．
（3）上述总反应过程大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表所示：

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

第一阶段反应的化学方程式为2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；580℃时，固体物质的主要成分为W₂O₅、WO₂；假设WO₃完全转化为W，则三个阶段消耗H₂物质的量之比为1：1：4．
（4）已知：温度过高时，WO₂ （s）转变为WO₂（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
则WO₂ （s）═WO₂ （g） 的△H=+203.9 kJ•mol^-1．
（5）钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I₂可延长灯管的使用寿命，其工作原理为：W （s）+2I₂ （g）$?_{约3000℃}^{1400℃}$WI₄ （g）．下列说法正确的有ab．
a．灯管内的I₂可循环使用
b．WI₄在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
c．WI₄在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长
d．温度升高时，WI₄的分解速率加快，W和I₂的化合速率减慢．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比，注意固体、纯液体不需要写出；
（2）由反应方程式知，消耗的H₂与生成的水的物质的量相等，假定H₂与水蒸气的物质的量分别为2mol、3mol，再根据转化率定义计算；
随温度的升高，H₂与水蒸气的体积比减小，说明平衡向正反应移动；
（3）由表中主要成分与温度关系可知，第一阶段反应为WO₃与H₂反应是W₂O₅，同时还生成H₂O，配平书写方程式；
580℃时，温度介于550℃～600℃，固体为W₂O₅、WO₂的混合物；
根据三个阶段的方程式进行计算三个阶段消耗H₂物质的量之比；
（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
根据盖斯定律，①-②可得：WO₂（s）═WO₂（g），反应热也进行相应的运算；
（5）由化学方程式知，挥发的W与I₂结合形成气态WI₄，由于气体运动的结果，WI₄会与还没有挥发的W接触，在高温下WI₄分解生成的W附着在还没有挥发的W上，灯管壁温度较低，WI₄不会分解，升高温度，正逆反应速率都加快．

解答 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g）$\stackrel{高温}{?}$ W（s）+3H₂O（g）的平衡常数k=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（2）由反应方程式知，消耗的H₂与生成的水的物质的量相等，故H₂的平衡转化率为$\frac{3mol}{2mol+3mol}$×100%=60%，
升高温度，H₂与水蒸气的体积比减小，说明升温时平衡向右移动，故正反应为吸热反应，
故答案为：60%；吸热；
（3）由表中主要成分与温度关系可知，第一阶段反应为WO₃与H₂反应是W₂O₅，同时还生成H₂O，反应方程式为：
2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O，580℃时，温度介于550℃～600℃，固体为W₂O₅、WO₂的混合物；
假定有2molWO₃，由2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O、W₂O₅+H₂?$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2WO₂+H₂O、WO₂+2H₂?$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ W+2H₂O可知，三个阶段消耗的氢气的物质的量之比为1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案为：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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得则WO₂ （s）?WO₂ （g），故△H=66.0kJ•mol^-1-（-137.9kJ•mol^-1）=+203.9 kJ•mol^-1，
故答案为：+203.9 kJ•mol^-1；
（5）由所给化学方程式知，挥发的W与I₂结合形成气态WI₄，由于气体运动的结果，WI₄会与还没有挥发的W接触，在高温下WI₄分解生成的W及I₂，生成W附着在还没有挥发的W上，灯管内的I₂可循环使用，故a、b对；灯管壁温度较低，WI₄不会分解，故c错；升高温度，也能加快W与I₂的反应速率，故d错，
故答案为：a、b．

点评 本题考查化学平衡常数的书写、反应热的计算、化学平衡移动原理、化学平衡计算等，题目选择的素材比较陌生，以考查学生的能力为主，难度中等．