Question

3．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，在密閉容器中用H₂還原WO₃可得到金屬鎢，其總反應為：WO₃ （s）+3H₂ （g）$\stackrel{高溫}{?}$W （s）+3H₂O （g）
請回答下列問題：
（1）上述反應的化學平衡常數(shù)表達式為$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
（2）某溫度下反應達平衡時，H₂與水蒸氣的體積比為2：3，則H₂的平衡轉化率為60%；隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，則該反應為吸熱反應（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℃
主要成份	WO3     W2O5      WO2       W

第一階段反應的化學方程式為2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O；580℃時，固體物質的主要成分為W₂O₅、WO₂；假設WO₃完全轉化為W，則三個階段消耗H₂物質的量之比為1：1：4．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(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）由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質的量相等，假定H₂與水蒸氣的物質的量分別為2mol、3mol，再根據(jù)轉化率定義計算；
隨溫度的升高，H₂與水蒸氣的體積比減小，說明平衡向正反應移動，據(jù)此判斷；
（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，配平書寫方程式；

解答 解：（1）WO₃（s）+3H₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$W（s）+3H₂O（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
（2）由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質的量相等，假定H₂與水蒸氣的物質的量分別為2mol、3mol，故H₂的平衡轉化率為$\frac{3mol}{2mol+3mol}$×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，故正反應為吸熱反應，
故答案為：60%，吸熱；
（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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O、W₂O₅+H₂?$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2WO₂+H₂O、WO₂+2H₂?$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W+2H₂O可知，三個階段消耗的氫氣的物質的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案為：2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂O₅+H₂O，W₂O₅、WO₂，1：1：4；

點評 本題考查化學平衡常數(shù)的書寫、化學平衡移動原理、化學平衡計算等，題目選擇的素材比較陌生，以考查學生的能力為主，難度中等．