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%
（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；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?W （s）+2H₂O （g）；△H=-137.9kJ•mol-1
则WO₂（s）?WO₂ （g） 的△H=+203.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡常数的概念，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值，据此书写，注意固体不写出；
（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；
（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）根据盖斯定律，已知：
①WO2 （s）+2H₂ （g）?W （s）+2H₂O （g）；△H₁=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂ （g）+2H₂?W （s）+2H₂O （g）；△H₂=-137.9kJ•mol^-1，
①-②得WO₂（s）?WO₂ （g）的△H．

解答 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g）$\stackrel{高温}{?}$W （s）+3H₂O（g），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%；
故答案为：60%；
（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\;}}{\;}$W+2H₂O，三个阶段消耗的氢气的物质的量之比为1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案为：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；1：1：4；
（4）已知：①WO₂ （s）+2H₂ （g）?W （s）+2H₂O （g）；△H₁=+66.0kJ•mol^-1
②WO₂ （g）+2H₂?W （s）+2H₂O （g）；△H₂=-137.9kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②得WO₂（s）?WO₂ （g），故该反应的△H=△H₁-△H₂=+203.9kJ•mol^-1；
故答案为：+203.9kJ•mol^-1．

点评 本题考查化学平衡常数的书写、化学平衡移动原理、化学平衡计算、盖斯定律等，题目选择的素材比较陌生，注意△H有符号，以考查学生的能力为主，难度中等．