高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(14分)请回答下列问题：
（1）下表列出了一些化学键的键能E：

化学键	H—H	O===O	O—H
E/kJ·mol^－1	436	x	463

反应H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1，则x＝__________。
（2）铅蓄电池是正极板上覆盖有PbO₂，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是H₂SO₄溶液，电池放电时的总反应：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。
请写出充电时阴极的电极反应式：
（3）反应m A＋n Bp C，在某温度下达到平衡。

①若A、B、C都是气体，减压后正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系是_______。
②若C为气体，且m + n = p，在加压时化学平衡发生移动，则平衡必定向_______方向移动。
③若再升高温度，平衡向逆向移动，则正反应为       反应（填“吸热”或“放热”）
（4）依据氧化还原反应Zn(s)＋Cu^2＋(aq)===Zn^2＋(aq)＋Cu(s)设计的原电池如图所示。

①请在图中标出电极材料及电解质溶液（写化学式）
②盐桥中的Cl^－向________极移动（填“左”或“右”）。

汽车尾气是城市空气的主要污染物，如何减少汽车尾气(CO、NO_x等)的污染是重要的科学研究课题。
（1）已知：N₂(g) + O₂(g)2NO(g)   ΔH₁
N₂(g) + 3H₂(g)2NH₃(g)   ΔH₂
2H₂(g) + O₂(g)2H₂O(g) ΔH₃
则4NO(g) + 4NH₃(g) + O₂(g)4N₂(g) + 6H₂O(g)  ΔH =____________(用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表达)
（2）在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)，下列说法不能说明该反应达到平衡的是__________ (填字母)

A．NO的生成速率与NO的消耗速率相等

B．v(CO)=v(CO2)

C．体系的压强保持不变

D．各物质的浓度保持不变

（3）可用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应的化学方程式为：
C(s) + 2NO(g)N₂(g) + CO₂(g) ΔH >0
某研究小组向密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L^-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017

①写出该反应的平衡常数表达式：K=              。
②30 min后，改变某一条件，平衡发生了移动，则改变的条件是             ；
若升高温度，NO浓度将            （填“增大”、“不变”或“减小”）。

氨气是一种重要的化工产品，工业上可以按照下图所示流程生产氨气：

（1）原料气之一氮气的工业制取方法是               ，写出氨气的工业用途（任答一点）              。
（2）写出合成塔中发生的反应的化学反应方程式             。在冷却塔中对混合气体进行冷却，冷水的入口       （答m或n）。
（3）设备C的作用               。其分离器中的过程对整个工业合成氨的意义              （试结合平衡移动原理回答）。
（4）在原料气制备过程中混有 CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的 CO，可通过如下反应来实现：CO(g)+H₂O(g）CO₂ (g)+ H₂ (g)，已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化超过80%，则起始物中c(H₂O)：c(CO)不低于         （精确到小数点后一位）。

煤炭是我国的主要能源之一，与之伴生的二氧化硫（SO₂）和酸雨污染问题较为突出。目前我国采用的控制方法是电厂烟气脱硫。烟气脱硫的原理是利用碱性物质吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下两种方法：
I、钠碱循环法脱硫技术。
（1）此法是利用Na₂SO₃溶液可脱除烟气中的SO₂。Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式：               。
（2）NaOH溶液吸收SO的过程中，pH随变化关系如下表：

①由上表判断，NaHSO₃溶液显      性，用化学平衡原理解释：     。
②当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是（选填字母）：     。

II、石灰石脱硫法
此法是以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO₄的形式固定，从而降低SO₂的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：
CaSO₄ (s)+ CO (g）CaO(s）+ SO₂ (g）+ CO₂ (g）   △H=218.4kJ·mol^-1(反应Ⅰ)
CaSO₄(s)+4CO(g）CaS(s）+ 4CO₂(g）          △H₂= -175.6kJ·mol^-1  (反应Ⅱ)
请回答下列问题：
（1）结合反应Ⅰ、Ⅱ写出CaSO₄(s)与CaS(s）的热化学反应方程式                  。
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅰ的Kp=                      (用表达式表示)。
（3）假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v₁)小于反应Ⅱ的速率(v₂)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是            。

（4）图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数 的关系曲线。则降低该反应体系中产生的SO₂生成量的措施有          。

A、向该反应体系中投入生石灰
B、在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C、降低CO的初始体积百分数
D、提高反应体系的温度

能源问题是人类社会面临的重大课题。甲醇是未来重要的绿色能源之一。
（l）已知：在 25 ℃、101 kPa 下,1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ。
请写出甲醇燃烧的热化学方程式                  。
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：
CO₂（g）+ 3H₂ （g）CH₃OH（g）+H₂O （g ）
在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如下图所示（注：T₁、T₂均大于300 ℃）

①合成甲醇反应的△H    0。（填“>”、“<”或“="”" ）。
②平衡常数的表达式为:              ．温度为T₂时的平衡常数     温度为T₁时的平衡常数（填“>”、“<”或“=”）
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1 molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为            。
（3）利用甲醇燃料电池设计如下图所示的装置。该装置中 Pt 极为        极；写出 b极的电极反应式              ．

氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工产品。
（1）合成氨的原料气N₂和H₂通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。其主要反应是：
① 2C + O₂ → 2CO  
② C + H₂O(g) → CO + H₂  
③ CO + H₂O(g) → CO₂ + H₂
某次生产中将焦炭、H₂O(g)和空气（设空气中N₂和O₂的体积比为4:1，下同）混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表：则表中x=      m³。

气体	CO	N2	CO2	H2	O2
体积（m^3）（标准状况）	x	20	12	60	1.0

（2）汽车尾气会排放氮的氧化物污染环境。已知气缸中生成NO的反应为：
N₂(g)+O₂(g)  2NO(g) H＞0
若1mol空气含有0.8molN₂和0.2molO₂,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8×10^-4mol.计算该温度下的平衡常数K=          ；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是          。
（3）SO₂和氮的氧化物都是空气中的有害气体，已知：
2SO₂(g)＋O₂(g)  2SO₃(g)    ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1
2NO(g)＋O₂(g) 2NO₂(g)   ΔH＝－113.0 kJ·mol^－1
则反应NO₂(g)＋SO₂(g) SO₃(g)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol^－1。
（4）25℃时，电离平衡常数：

化学式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6(酒石酸)
电离平衡常数	K1=4.3×10^-7  K2=5.6×10^-11	3.0×10^-8	K1=9.1×10^-4  K2=4.3×10^-5

回答下列问题：
a.常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，所得溶液中各种离子浓度关系不正确的是
A．c(Na⁺) ＞ c(ClO^－) ＞c(HCO₃^－) ＞c(OH^－)
B．c(Na⁺) ＞ c(HCO₃^－) ＞c(ClO^－) ＞ c(H⁺)
C．c(Na⁺) ==" c(HClO)" +c(ClO^－)+ c(HCO₃^－) + c(H₂CO₃)+ c(CO₃^2－)
D．c(Na⁺) + c(H⁺)== c(ClO^－)+ c(HCO₃^－) + 2c(CO₃^2－)
E．c(HClO) + c(H⁺)+ c(H₂CO₃)== c(OH^－) + c(CO₃^2－)
b.常温下，0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c（HC₄H₄O₆^－）+2 c（C₄H₄O₆^2－）=            （列出计算式）。

下列图示与对应的叙述不相符的是

A．图甲表示反应：4CO（g）+2NO2（g）N2（g）+4CO2（g） ΔH ＜0，在其他条件不变的情况下，改变起始物CO的物质的量对此反应平衡的影响，则有T1＞T2，K1＞K2

B．图乙表示压强对可逆反应2A（g）+2B（g）3C（g）+D（g）的影响，乙的压强比甲的压强大

C．图丙表示的反应是吸热反应，该图表明催化剂不能改变化学反应的焓变

D．图丁表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2（g）N2O4（g），相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的△H＜0

（共14分）SO₂的含量是空气质量日报中一项重要检测指标，请结合所学知识回答下列问题。

（1）工业制硫酸过程中，SO₂催化氧化的原理为：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g） 。T℃时，向某密闭容器中充入一定SO₂（g）和O₂（g），发生上述反应，测得SO₂（g）的平衡转化率（a）与体系总压强（p）的关系如图所示。
①a、b两点对应的平衡常数K（a）       K（b）（填“>”、“<”或“=”，下同），SO₂浓度c（a）      c（b）。
②c点时，反应速率v（正）           v（逆）。
（2）电化学法处理SO₂。
硫酸工业尾气中的SO₂经分离后，可用于制备硫酸，同时获得电能，装置如下图所示（电极均为惰性材料）：

①M极发生的电极反应式为                。
②若使该装置的电流强度达到2.0A，理论上每分钟应向负极通入标准状况下气体的体积为        L（已知：1个e^-所带电量为1.6×10^-19C）。
（3）溶液法处理SO₂。已知常温下H₂SO₃和H₂CO₃的电离常数如下表所示：

常温下，将SO₂缓慢通入100mL 0.2mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，当通入448mLSO₂时（已折算为标准状况下的体积，下同），发生的离子方程式为              ；当通入896mLSO₂时，所得溶液呈弱酸性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为        。

一定温度下，在容积固定的V L密闭容器中加入n mol A、2n mol B，发生反应：A(g)＋2B(g）2C(g） ΔH<0，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时A的转化率为x。
（1）一段时间后上述反应达到平衡。则下列说法中正确的是________(填字母)。
A．物质A、B的转化率之比为1∶2
B．起始时刻和达到平衡后容器中的压强之比为3n∶(3n－nx)
C．充入惰性气体(如Ar)，平衡向正反应方向移动
D．当2v_正(A)＝v_逆(B)时，反应一定达到平衡状态
（2）K和x的关系满足K＝____________。
（3）该反应的逆反应速率与时间的关系如图所示。

①由图可知，反应在t₁、t₃、t₇时都达到了平衡，而t₂、t₈时都改变了一种条件，试判断改变的条件：
t₂时_________________________；
t₈时_________________________。
②t₂时平衡向__________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
③若t₄时降压，t₅时达到平衡，t₆时增大反应物的浓度，请在图中画出t₄～t₆时逆反应速率与时间的关系线。

某温度下，将2molA和3molB充入体积为2L的密闭容器中进行化学反应：A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)   △H＞0，当反应进行到10min末达到平衡，此时测得C的物质的量为1.2mol。回答下列问题:
（1）0～10min内A的平均反应速率为               。
（2）反应达平衡时B的转化率为                 。
（3）在其他条件不变的情况下，将体积压缩到原来的1/2时，对反应产生的影响是      。
A．正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正方向移动
B．正、逆反应速率都不变，平衡不移动，各物质物质的量不变
C．正、逆反应速率都增大，平衡不移动，各物质浓度不变
D．正、逆反应速率都增大，平衡不移动，各物质物质的量不变
（4）可以证明恒温恒容条件下该可逆反应已达到平衡状态的是          。
A．单位时间内消耗1molA，同时生成1molC
B．混合气体的密度不随时间而改变
C．混合气体的平均摩尔质量不随时间而改变
D．A和C在混合气体中的体积分数之比不随时间而改变
（5）若在其他条件不变的情况下，采取下列措施反应达平衡C的百分含量不变的是      。
A．通入He气           B．使用催化剂    
C．升高温度            D．再充入2molA和3molB
（6）若保持原温度和容器容积不变再向其中充入2molA和1molB，平衡常数将         （填“增大” “减小”或“不变”），重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中C的体积分数为       。

（本小题14分）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而含氮化合物的用途广泛。
（1）图中表示两个常见的固氮反应：

①N₂＋3H₂2NH₃
②N₂＋O₂2NO的平衡常数（lg K）与温度的关系，
根据图中的数据判断下列说法正确的是________（填序号）。

A．反应②为放热反应

B．常温下，反应①的反应速率很大，而反应②的反应速率很小

C．升高温度，反应①的反应速率增大，反应②的反应速率减小

D．在常温下，利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大

（2）工业上也可在碱性溶液中通过电解的方法实现由N₂制取NH₃：2N₂＋6H₂O4NH₃＋3O₂，通入N₂的一极是________（填“阴极”或“阳极”），阳极的电极反应式是____    ___。
（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生反应：
①N₂（g）＋3H₂O（l）2NH₃（g）＋O₂（g） ΔH＝a kJ/mol。
已知：②N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g） ΔH＝－92.4 kJ/mol，
2H₂（g）＋O₂（g）2H₂O（l） ΔH＝－571.6 kJ/mol，则a＝__________。
（4）已知：4NH₃（g）＋3O₂（g）2N₂（g）＋6H₂O（g） ΔH＝－1316 kJ·mol^－1，氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。
①当温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，下列图像正确的是________（填代号）。

②该燃料电池的负极反应式是____________。
（5）工业上合成氨时，温度过高，氨气的产率降低，试从化学平衡移动原理的角度加以解释：_____________。

已知NO2和N2O4之间发生可逆反应： 2NO₂ (g) (红棕色) N₂O₄(g) (无色)
（1）在烧瓶A和B中盛有相同浓度的NO₂和N₂O₄的混合气体，中间用止水夹夹紧，浸入到盛有水的烧杯中，如图所示。

分别向两个烧杯中加入浓硫酸和NH₄NO₃固体，观察到的现象是：A中气体红棕色加深，B中      。这说明，当条件改变时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立起新的平衡，即发生化学平衡的移动。下列条件的改变，能使该反应化学平衡正向移动的是         。
a．及时分离出NO2气体          b．适当降低温度
c．增大压强                   d．选择高效催化剂
（2）下图是在一定温度下，某固定容积的密闭容器中充入一定量的NO₂气体后，反应速率(v)与时间(t)的关系曲线。下列叙述正确的是            。
a．t1时，反应未达到平衡， NO2浓度在减小
b．t2时，反应达到平衡，反应不再进行
c．t2～t3，各物质浓度不再变化
d．t2～t3，各物质的浓度相等
e．0～t2，N₂O₄浓度增大
f．反应过程中气体的颜色不变
（3）某容积2L的密闭容器中充入一定量的NO₂和N₂O₄的混合气体，在一定温度压强下，两者物质的量随时间变化如图所示。
①表示NO₂变化的曲线是     (填“X”或“Y”)。
②在0到1 min内用Y的浓度变化表示的该反应的反应速率是      mol•L－1•min－1
③计算该反应平衡时化学反应平衡常数K=        。

一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生的反应：N₂+3H₂2NH₃，反应过程如下图所示，下列说法正确的是

A．t1 min时正、逆反应速率相等

B．X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系

C．0～8 min，H2的平均反应速率v（H2）＝0.75 mol·L^-1·min^-1

D．10～12 min，N2的平均反应速率为v（N2）=0.25mol·L^-1·min^-1

(12分)甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示：

（1）反应②是      (填“吸热”或“放热”)反应。
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)     K(B)(填“>”“<”或“=”)。
（3）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=       (用K₁、K₂表示)。500 ℃时测得反应③在某时刻时，H₂(g)、CO₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol·L^－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v_正    v_逆 (填“ > ”“=”或“<”)。
（4）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO) －t(反应时间)变化曲线Ⅰ如图乙所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是         ；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条是           。

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)  ∆H₁
CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)    ∆H₂
2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)          ∆H₃
则CO₂(g)＋CH₄(g)===2CO(g)＋2H₂(g)的∆H＝           。
（2）天然气中的少量H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式    。
（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：
CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。
①该反应的平衡常数表达式为                    。
②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol•L^—1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图l所示。则压强P₁      P₂ (填“大于”或“小于”)；压强为P₂时，在Y点：v(正)       v (逆)（填“大于"、“小于”或“等于"）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为l06，其核磁共振氢谱如图2所示，则X的结构简式为             。
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。