Question

19．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點．
（1）納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣發(fā)生反應：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1，不同時段產(chǎn)生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反應過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學能，達平衡過程中至少需要吸收光能為0.968kJ．
（2）現(xiàn)有反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，在相同溫度和相同體積下進行甲、乙、丙、丁四組實驗，實驗起始時放入容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量見下表：

物質(zhì)的量	CO	H2 O	CO2	H2
甲	a mol	a mol	0mol	0mol
乙	0mol	0mol	2a mol	a mol
丙	0mol	0mol	a mol	a mol
丁	a mol	a mol	a mol	a mol

上述四種情況達到平衡后，甲、乙、丙、丁容器中n（CO）的大小順序為�。疽遥炯�=丙．
（3）金屬鎢用途廣泛，主要用于制造硬質(zhì)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得金屬鎢，總反應為WO₃ （s）+3H₂ （g）$\stackrel{高溫}{?}$W （s）+3H₂O （g）．請回答下列問題：
①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(zhuǎn)化率為60%．
②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(guān)系如下表所示：

溫度	25℃～550℃～600℃～700℃
主要成份	WO3     W2O5      WO2        W

假設WO₃完全轉(zhuǎn)化為W，則三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比為1：1：4．
③鎢絲燈管中的W在使用過程中緩慢揮發(fā)，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）+2I₂ （g）$?_{3000℃}^{1400℃}$ WI₄ （g）．下列說法正確的有AB（填字母）．
A．燈管內(nèi)的I₂可循環(huán)使用
B．WI₄在燈絲上分解，產(chǎn)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

分析 （1）上述反應過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學能，達平衡時，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學方程式計算；
（2）在相同溫度和壓強下的可逆反應，反應后氣體體積不變，按方程式的化學計量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一邊的物質(zhì)進行分析，判斷是否等效平衡；
（3）①由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質(zhì)的量相等，假定H₂與水蒸氣的物質(zhì)的量分別為2mol、3mol，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算；
②根據(jù)三個階段的方程式進行計算三個階段消耗H₂物質(zhì)的量之比；
③由化學方程式知，揮發(fā)的W與I₂結(jié)合形成氣態(tài)WI₄，由于氣體運動的結(jié)果，WI₄會與還沒有揮發(fā)的W接觸，在高溫下WI₄分解生成的W附著在還沒有揮發(fā)的W上，燈管壁溫度較低，WI₄不會分解，升高溫度，正逆反應速率都加快，據(jù)此解答．

解答 解：（1）上述反應過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學能，達平衡時，生成氧氣0.002mol，至少需要吸收的光能為0.002mol×484kJ•mol^-1=0.968kJ，
故答案為：化學；0.968；
（2）該反應是一個氣體體積不變的反應，等效平衡條件是采用“一邊倒”方法轉(zhuǎn)化后對應物質(zhì)成比例即可．
對乙、丙和丁進行“一邊倒”轉(zhuǎn)化，
假設乙、丙、丁中的CO、H₂O（g）全部轉(zhuǎn)化為CO₂、H₂，再與甲、乙比較：
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
乙開始時 0mol 0mol 2amol amol
乙假設全轉(zhuǎn)化 amol amol amol 0mol
丙開始時 0mol 0mol amol amol
丙假設全轉(zhuǎn)化 amol amol 0mol 0mol
丁開始時 amol amol amol amol
丁假設全轉(zhuǎn)化 2amol 2amol 0mol 0mol
經(jīng)轉(zhuǎn)化后，甲、丙的起始濃度一樣，乙相對于甲在增加CO₂的物質(zhì)的量，使平衡逆向移動，因此乙平衡時的CO物質(zhì)的量比甲、丙大；而丁相對于乙在增加氫氣的物質(zhì)的量，使平衡逆向移動，因此丁平衡時的CO物質(zhì)的量比乙大，所以甲、乙、丙、丁容器中n（CO）的大小順序為�。疽遥炯�=丙；
故選：丁＞乙＞甲=丙；
（3）①由反應方程式知，消耗的H₂與生成的水的物質(zhì)的量相等，故H₂的平衡轉(zhuǎn)化率$\frac{3mol}{2mol+3mol}$×100%=60%，故答案為：60%；
②假定有2molWO₃，由2WO₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$W₂₅+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(zhì)的量之比為1mol：1mol：2mol×2=1：1：4，
故答案為：1：1：4；
③由所給化學方程式知，揮發(fā)的W與I₂結(jié)合形成氣態(tài)WI₄，由于氣體運動的結(jié)果，WI₄會與還沒有揮發(fā)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(fā)的W上，燈管內(nèi)的I₂可循環(huán)使用，故AB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：AB．

點評 本題考查化學反應與能量變化、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．