Question

【题目】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) 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___________________________。

（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_______；随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，则该反应为___________反应（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________；580℃时，固体物质的主要成分为________；假设WO3完全转化为W，则三个阶段消耗H2物质的量之比为__________________。

（4）已知：温度过高时，WO2 (s)转变为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

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

（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) WI4 (g)。下列说法正确的有________。

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

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

【解析】

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值，据此书写，注意固体、纯液体不需要写出；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3mol、5mol，再根据转化率定义计算；500℃时，温度介于25℃～550℃，固体为WO3；由表中主要成分与温度关系可知，第二阶段反应为W2O5与H2反应生成WO2，同时还生成H2O，配平书写方程式；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；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，据此解答。

（1）WO3（s）+3H2（g）W（s）+3H2O（g）的平衡常数k=；（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×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；（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 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 W2O5+H2O、W2O5+H2 2WO2+H2O、WO2+2H2 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；（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，依据盖斯定律，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，答案选ab。