Question

【題目】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) W (s) + 3H2O (g)

請回答下列問題：

（1）上述反應的化學平衡常數表達式為___________________________。

（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_____；隨溫度的升高，H2與水蒸氣的體積比減小，則該反應為反應_______（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_____________；

580℃時，固體物質的主要成分為________；假設WO3完全轉化為W，則三個階段消耗H2物質的量之比為____________。

（4）已知：溫度過高時，WO2 (s)轉變為WO2 (g)；

WO2 (s) + 2H2 (g) W (s) + 2H2O (g)；ΔH ＝ +66.0 kJ·mol－1

WO2 (g) + 2H2(g) W (s) + 2H2O (g)；ΔH ＝ －137.9 kJ·mol－1

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

Answer 1

【答案】 60% 吸熱 2WO3+H2=W2O5+H2O W2O5和WO2 1:1:4 +203.9kJ·mol－1

【解析】（1）根據化學方程式及化學平衡常數的定義，K=。

（2）設氫氣的起始體積為a，變化體積為x，列三段式：

=，解得x=0.6a，所以H2的平衡轉化率為：0.6a÷a×100%=60%；溫度升高，H2與水蒸氣的體積比減小，說明升溫平衡正向移動，正反應為吸熱反應。

（3）由表中數據可知，第一階段固體為WO3和W2O5，所以反應的化學方程式為；2WO3+H2W2O5+H2O；由表中第二階段主要成分與溫度關系可知，580℃時，固體物質的主要成分為W2O5和WO2；假設有2molWO3，根據W原子守恒，由2WO3+H2=W2O5+H2O、W2O5+H2=2WO2+H2O、WO2+2H2=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。

（4）給已知中兩個反應分別編號為①和②，根據蓋斯定律，①-②得：WO2(s)WO2(g) ΔH＝+66.0kJ·mol-1-(-137.9kJ·mol-1)= +203.9kJ·mol-1。