Question

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）

高溫

W（s）+3H₂O（g）
請回答下列問題：
（l）上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為

 

．
（2）某溫度下反應(yīng)達平衡時，氫氣與水蒸氣的體積比為2：3，則平衡轉(zhuǎn)化率為

 

；隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，則該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（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)系如下表所示：

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

580℃時，固體物質(zhì)的主要成分為

 

；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

 

．
（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（g）?W（s）+2H₂O（g）；△H=-137.9kJ?mol^-1
則WO₂（s）?WO₂（g）的△H=

 

．
（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，工作原理為：
W（s）+2I₂（g）

1400℃

約3000℃

WI₄（g）．下列說法正確的有

 

．
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
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

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達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、純液體不需要寫出；
（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；
隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明平衡向正反應(yīng)移動，據(jù)此判斷；
（3）由表中主要成分與溫度關(guān)系可知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行計算三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比；
（4）觀察所給三個熱化學(xué)方程式知，用前一個已知熱化學(xué)方程式減去后一個已知熱化學(xué)方程式就可以得到WO₂（s）?WO2（g），反應(yīng)熱也進行相應(yīng)的運算；
（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，由于氣體運動的結(jié)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(yīng)速率都加快，據(jù)此解答．

解答： 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g） W（s）+3H₂O（g）的平衡常數(shù)k=

c3(H2O)

c3(H2)

，故答案為：

c3(H2O)

c3(H2)

；
（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

3mol

2mol+3mol

×100%=60%，
升高溫度，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明升溫時平衡向右移動，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，580℃時，溫度介于550℃～600℃，固體為W₂O₅、WO₂的混合物；
假定有2molWO₃，由2WO₃+H₂

高溫  .

W₂₅+H₂O、W₂O₅+H₂

高溫  .

?2WO₂+H₂O、WO₂+2H₂

高溫  .

?W+2H₂O可知，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：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，由于氣體運動的結(jié)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(nèi)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(yīng)速率，故d錯，
故答案為：a、b

點評：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的書寫、反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡移動原理、化學(xué)平衡計算等，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．