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(diǎn)．
（1）納米級(jí)的Cu₂O可作為太陽(yáng)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(jí)Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣發(fā)生反應(yīng)：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1，不同時(shí)段產(chǎn)生O₂的量見(jiàn)下表：

時(shí)間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反應(yīng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡過(guò)程中至少需要吸收光能為0.968kJ．
（2）現(xiàn)有反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，在相同溫度和相同體積下進(jìn)行甲、乙、丙、丁四組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)起始時(shí)放入容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量見(jiàn)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(dá)到平衡后，甲、乙、丙、丁容器中n（CO）的大小順序?yàn)槎。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(yīng)為WO₃ （s）+3H₂ （g）$\stackrel{高溫}{?}$W （s）+3H₂O （g）．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①某溫度下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，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(yīng)過(guò)程大致分為三個(gè)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(shè)WO₃完全轉(zhuǎn)化為W，則三個(gè)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(guò)程中緩慢揮發(fā)，使燈絲變細(xì)，加入I₂可延長(zhǎng)燈管的使用壽命，其工作原理為：W（s）+2I₂ （g）$?_{3000℃}^{1400℃}$ WI₄ （g）．下列說(shuō)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(zhǎng)
D．溫度升高時(shí)，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(yīng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡時(shí)，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算；
（2）在相同溫度和壓強(qiáng)下的可逆反應(yīng)，反應(yīng)后氣體體積不變，按方程式的化學(xué)計(jì)量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一邊的物質(zhì)進(jìn)行分析，判斷是否等效平衡；
（3）①由反應(yīng)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(jì)算；
②根據(jù)三個(gè)階段的方程式進(jìn)行計(jì)算三個(gè)階段消耗H₂物質(zhì)的量之比；
③由化學(xué)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，WI₄會(huì)與還沒(méi)有揮發(fā)的W接觸，在高溫下WI₄分解生成的W附著在還沒(méi)有揮發(fā)的W上，燈管壁溫度較低，WI₄不會(huì)分解，升高溫度，正逆反應(yīng)速率都加快，據(jù)此解答．

解答 解：（1）上述反應(yīng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡時(shí)，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(xué)；0.968；
（2）該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積不變的反應(yīng)，等效平衡條件是采用“一邊倒”方法轉(zhuǎn)化后對(duì)應(yīng)物質(zhì)成比例即可．
對(duì)乙、丙和丁進(jìn)行“一邊倒”轉(zhuǎn)化，
假設(shè)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(kāi)始時(shí) 0mol 0mol 2amol amol
乙假設(shè)全轉(zhuǎn)化 amol amol amol 0mol
丙開(kāi)始時(shí) 0mol 0mol amol amol
丙假設(shè)全轉(zhuǎn)化 amol amol 0mol 0mol
丁開(kāi)始時(shí) amol amol amol amol
丁假設(shè)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(duì)于甲在增加CO₂的物質(zhì)的量，使平衡逆向移動(dòng)，因此乙平衡時(shí)的CO物質(zhì)的量比甲、丙大；而丁相對(duì)于乙在增加氫氣的物質(zhì)的量，使平衡逆向移動(dòng)，因此丁平衡時(shí)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?yàn)槎。疽遥炯?丙；
故選：丁＞乙＞甲=丙；
（3）①由反應(yīng)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(gè)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(xué)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，WI₄會(huì)與還沒(méi)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(méi)有揮發(fā)的W上，燈管內(nèi)的I₂可循環(huán)使用，故AB對(duì)；燈管壁溫度較低，WI₄不會(huì)分解，故C錯(cuò)；升高溫度，也能加快W與I₂的反應(yīng)速率，故D錯(cuò)，
故答案為：AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)與能量變化、化學(xué)平衡移動(dòng)原理、化學(xué)平衡計(jì)算等，題目選擇的素材比較陌生，以考查學(xué)生的能力為主，難度中等．