Question

1．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）
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
（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下表所示：

温度	25℃～550℃～600℃～700℃
主要成分	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（g）?W（s）+2H₂O （g）△H=-137.9kJ?mol-1
则WO₂（s）?WO₂（g），则WO₂（s）?WO₂ （g） 的△H=+203.9 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡常数概念：生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比可得，注意固体纯液体不写入；
（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=$\frac{物质的转化量}{物质的起始量}×100%$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）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．

解答 解：（1）反应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：K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（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．