(16分)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)+3 H2(g) W(s)+3 H2O(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,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℃ |
主要成分 | WO3 W2O5 WO2 W |
(4)已知:温度过高时,WO2(s)转变为WO2(g);
WO2(s)+2 H2(g) W(s)+2H2O(g) ΔH=+66 kJ·mol-1
WO2(g)+2 H2(g) 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:
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
⑴K=c3(H2O)/c3(H2) ⑵吸热 ⑶2WO3+H2W2O5+H2O; W2O5 , WO2
⑷ +203.9KJ/mol ⑸AB
题目分析:(1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据反应的化学方程式可知,该反应的平衡常数表达式K=c3(H2O)/c3(H2)。
(2)反应达平衡时,随温度的升高, H2与水蒸气的体积比减小,这说明升高温度平衡正反应方向移动,所以正反应是吸热反应。
(3)根据表中数据可知,第一阶段的生成物是W2O5,所以反应的化学方程式是2WO3+H2W2O5+H2O。同样根据表中的数据可知,580℃时,固体物质的主要成分为W2O5和 WO2。
(4)根据盖斯定律可知,①-②即得到WO2(s) WO2(g),所以ΔH=+66kJ/mol+137.9kJ/mol=+203.9kJ/mol。
(5)该反应在不同温度下,反应进行的方向是不同的。高温下生成单质碘,而温度降低后,又消耗碘,所以灯管内的I2可循环使用,A正确;该方程式可知,WI4在灯丝上分解,产生的W是该题,会沉积在灯丝上,B正确,则C不正确;升高温度,反应速率都是增大,D不正确,答案选AB。
点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题基础性强,设计新颖。注重考查学生分析问题、解决问题的能力。该题在书写平衡常数的表达式时需要特别是注意物质的状态,不同有利于培养学生的灵活应变能力以及严谨的逻辑思维能力。