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表達式為。
（2）某溫度下反應達到平衡時，H2與水蒸氣的體積比為2：3，則H2的平衡轉化率為；隨著溫度的升高，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 ℃
主要成分	WO3 W2O5 WO2 W

第一階段反應的化學方程式為 ；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)轉變為WO2(g)：
WO2(s)+2H2(g) W(s)+2H2O (g) H＝+66．0 kJmol1
WO2(g)+2H2(g) W(s)+2H2O (g) H＝－137．9 kJmol1
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，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)+ 2 I2 (g) WI4 (g)。下列說法正確的有。
a．燈管內的I2可循環使用
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+H2 W2O5+H2O；1：1：4
（4）△H=+203．9 kJmol1
（5）a、b
【解析】（1）WO3(s)+3H2(g) W(s)+3H2O(g)的平衡常數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-1②WO2 (g)+2H2 W (s)+2H2O (g)；△H=-137．9kJmol-1
①-②得則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，揮發的W與I2結合形成氣態WI4 ， 由于氣體運動的結果，WI4會與還沒有揮發的W接觸，在高溫下WI4分解生成的W及I2 ， 生成W附著在還沒有揮發的W上，燈管內的I2可循環使用，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；
故答案為：（1）；（2）60%，吸熱；（3）2WO3+H2 W2O5+H2O，1：1：4；（4）+203．9 kJmol-1；（5）a、b
（1）根據平衡常數的表達式進行書寫即可；
（2）平衡轉化率等于參與反應的量除以起始加入的量；結合溫度對平衡移動的影響因素分析；
（3）寫出反應過程的化學方程式，結合化學方程式進行計算；
（4）結合蓋斯定律進行反應熱；
（5）在不同的溫度下， 反應進行的方向不同，結合具體發生的反應，進行分析即可。