高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

SO₂和NOx在化学工业上有重要用途，也是大气污染的主要来源，开发和利用并重，预防和治理并举是当前工业上和环境保护领域研究的主要课题之一。
（1）在接触法制硫酸的过程中，发生2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g) △H＜0反应，某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如下图所示，根据图示回答下列问题：

①平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)     K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）；
②将2．0molSO₂和1．0molO₂置于10L的密闭容器中，若40s后反应达到平衡，此时体系总压强为0．10MPa，这一段时间内SO₂的平均反应速率为                。
该反应的平衡常数为                       。
（2）用CH₄催化还原NOx可消除氮的氧化物的污染，例如：CH₄(g)＋4NO₂(g) ＝ 4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝-574kJ·mol^—1
CH₄(g)＋4NO(g) ＝ 2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝-1160kJ·mol^—1
取标准状况下4．48LCH₄并使之完全反应：
①若将NO₂还原至N₂，整个过程中转移电子的物质的量为                  ；
②若还原NO₂和NO的混合物，放出的总热量Q的取值范围是              。

欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）近年来，我国储氢纳米碳管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应的化学方程式为：
__C+__K₂Cr₂O₇+__     →__CO₂↑+ __K₂SO₄ + __Cr₂(SO₄)₃+__H₂O
请完成并配平上述化学方程式。
（2）甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g） △H₁＝－116 kJ·mol^-1
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是  _______；

A．随时将CH3OH与反应混合物分离	B．降低反应温度
C．增大体系压强	D．使用高效催化剂

②已知： △H₂＝－283 kJ·mol^-1
 △H₃＝－242 kJ·mol^-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO ₂和水蒸气时的热化学方程式为         ；
③在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下不同的H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。请回答:

ⅰ）在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是                   
ⅱ）利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g）的平衡常数K =             。

（1）二氧化硫的催化氧化的过程如图所示，其中a、c二步的化学方程式可表示为：

SO₂+V₂O₅SO₃+ V₂O₄
4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃。
该反应的催化剂是        （写化学式）
（2） 550 ℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。将2．0 mol SO₂和1．0 mol O₂置于5 Ｌ密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0．10 M Pa。试计算反应2SO₃2SO₂+O₂在550 ℃时的平衡常数K=     。

（3）550 ℃时，将2．0 mol SO₂和1．0 mol O₂置于5 Ｌ密闭容器中，反应 达平衡后，下列措施中能使n(SO₃)/n(SO₂)增大的是       
A．升高温度                  
B．充入He(g)，使体系总压强增大
C．再充入2 mol SO₂和1 mol O₂ 
D．再充入1 mol SO₂和1 mol O₂
（4）维持温度不变条件下使之发生如下反应：2SO₂＋O₂2SO₃，有两只密闭容器A和B。A容器有一个可以移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等物质的量的体积比为2∶1的SO₂和O₂的混合气体，并使A和B容积相等（如下图所示）。

试填写下列空格：
A容器达到平衡时所需的时间比B容器__________（填：“短或长”）；平衡时A容器中SO₂的转化率比B容器_______（填：“大或小”）；达到所述平衡后，若向两容器中通入等物质的量的原反应气体，达到平衡时，A容器的混合气体中SO₃的体积分数_________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；B容器的混合气体中SO₃的体积分数_________。

资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：
6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s) ，ΔH=—76.0 kJ·mol^-1，该反应中每放出38 kJ热量，转移电子的物质的量为       mol.
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) ΔH＜0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂0．2mol·L^—1，H₂0.8mol·L^—1， CH₄0.8mol·L^—1，H₂O1.6mol·L^—1，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为       、       。CO₂的平衡转化率为       
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充人1 mot CO₂,和4 molH₂，在II中充人1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是   （填字母）。

A．容器I、II中正反应速率相同

B．容器I、II中CH4的物质的量分数相同

C．容器I中CO2的物质的量比容器II中的多

D．容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1

（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是           
②上述电解反应在温度小于900 ⁰C时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为           ，阴极的电极反应式为           

硫酸盐主要来自地层矿物质，多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在。
（1）已知：①Na₂SO₄(s)=Na₂S(s)+2O₂(g) ；  ΔH₁=" +1011.0" kJ · mol^-1
②C(s)+O₂(g)=CO₂(g) ；   ΔH₂=－393.5 kJ · mol^-1
③2C(s)+O₂(g)="2CO(g)" ；ΔH₃=－221.0 kJ · mol^-1 
则反应④Na₂SO₄(s)+4C(s)=Na₂S(s)+4CO(g)；ΔH₄=             kJ · mol^-1，该反应能自发进行的原因是                              ；工业上制备Na₂S不用反应①，而用反应④的理由是                                                       。
（2）已知不同温度下2SO₂+O₂2SO₃的平衡常数见下表。

温度（℃）	527	758	927
平衡常数	784	1.0	0.04

 
1233℃时，CaSO₄热解所得气体的主要成分是SO₂和O₂，而不是SO₃的原因是               。
（3）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO。
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是                     。
②将上述反应获得的SO₂通入含PtCl₄^2-的酸性溶液，可还原出Pt，则反应的离子方程式是                            。
③由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图，则正极的电极反应式为          。

过度排放CO₂会造成“温室效应”，为了减少煤燃烧对环境造成的污染，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。

（1）已知①C(s) ＋ H₂O(g) = CO(g)＋H₂(g)      ΔH₁＝＋131.3 kJ·mol^－1
②C(s) ＋ 2H₂O(g) = CO₂(g) ＋ 2H₂(g) ΔH₂＝＋90 kJ·mol^－1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是   ________________________，
（2）用下图原电池装置可以完成过程⑤的转化，该装置b电极的电极反应式是_______________________。

（3）在压强为0.1 MPa条件下，容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H₂在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示，则：

①p₁________p₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②在其他条件不变的情况下，向容器中再增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的平衡转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③在p₁下，100 ℃时，CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)反应的平衡常数为________(用含a、V的代数式表示)。
（4）如图表示CO₂与H₂反应生成CH₃OH和H₂O的过程中能量(单位为kJ·mol^－1)的变化：

关于该反应的下列说法中，正确的是________(填编号)。
A．ΔH＞0，ΔS＞0              B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0              D．ΔH＜0，ΔS＞0
（5）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化的曲线如图所示：

①从反应开始到平衡，CO₂的平均反应速率v(CO₂)＝________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是________(填编号)。
A．升高温度             B．将CH₃OH(g)及时液化移出
C．选择高效催化剂       D．再充入1 mol CO₂和3 mol H₂

生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO₂、H₂等)与H₂混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一.
（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:

反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，该反应的△H________0（选填：“＞”、“＜”、“＝”）；在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=_____________.
（2）甲醇是一种重要的能源和化工原料，工业上合成甲醇的反应为：CO+2H₂⇌CH₃OH．现已知：H₂(g)、CO(g)、CH₃OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则：CH₃OH不完全燃烧生成CO和液态H₂O的热化学反应方程式                         .
（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为：                         ．
（4）下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极上发生反应的电极反应式为                                   .

（5）连接下图右装置的电源为（4）问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后，观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色，并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中       电极（填a或b）相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为：                     .

工业上一般在密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)
（1）不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。

①该反应△H        0，△S        0(填“>”或“<”)，则该反              自发进行（填“一定能”、“一定不能”、“不一定”）实际生产条件控制在250℃、l.3×l0⁴kPa左右，选择此压强的理由是            。
（2）某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)="0.l" mol·L ^-1。
①该反应的平衡常数K=             ：
②在其他条件不变的情况下，将容器体积压缩到原来的1/2，与原平衡相比，下列有关说法正确的是                （填序号）。

A．氢气的浓度减少

B．正反应速率加快，逆反应速率也加快

C．甲醇的物质的量增加

D．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大

③若保持同一反应温度将起始物质改为a mol CO、b mol H₂、c mol CH₃0H，欲使平衡混合物中各组成与原平衡相同，则a、b应满足的关系为          ，且欲使开始时该反应向逆反应方向进行，c的取值范围是           。

如图所示，甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动，甲中充入2 mol SO₂和1 mol O₂，乙中充入2 mol SO₃和1 mol He，此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反应：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)，反应达到平衡后，再恢复至原温度，回答下列问题：

（1）若固定隔板K，能表示甲容器中一定达到化学平衡的是         

A．甲中气体的总压强不变	B．各气体的物质的量浓度不变
C．混合气体的平均摩尔质量不变	D．混合气体的密度不变

E.反应速率v(SO₂)=v(SO₃)         
（2）达到平衡后隔板K是否可能处于0刻度 ________(填“可能”或“不可能”)。若K最终停留在0刻度左侧a处，则a一定小于________。
（3）若平衡时，K最终停留在左侧刻度1处，则甲中SO₃的物质的量为________mol，乙中SO₃的转化率________50%(填“>”、“<”或“＝”)，活塞F最终停留在右侧刻度______处(填下列序号：①<6　②>6　③＝6)。
（4）若一开始就将K、F固定，其他条件均不变，甲平衡后压强变为开始压强的0.8倍，则甲、乙都达到平衡后，两容器的压强之比为P_甲：P_乙=              

一定温度下2L的恒容容器甲中，加入2moL碳和2moLCO₂发生如下反应： C(s)+CO₂(g) 2CO(g)　△H＞0
测得容器中CO₂的物质的量随时间t的变化关系如图所示。

（1）该反应的ΔS　　 0（填“＞”、“＜”或“＝”）。在　　 （填“较高”或“较低”）  温度下有利于该反应自发进行。
（2）列式并计算上述温度下此反应的平衡常数K　　　　 　　　　 。（结果保留一位小数）
（3）向上述平衡体系中再通入CO₂，则CO₂的转化率　　　 （填增大、减小、不变、无法确定）。
（4）相同温度下，2L的恒容容器丙中加入4moL碳、4moLCO₂和4moLCO。开始反应时v(正)　　　　 v(逆)（填＞、 ＜、﹦）。
（5）相同温度下，2L的恒容容器乙中加入4moL碳和4moLCO₂，达到平衡。请在图中画出乙容器中CO₂的物质的量随时间t变化关系的预期结果示意图。（注明平衡时CO₂的物质的量）

用氮化硅(Si₃N₄)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件, 能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅, 其反应如下: 3SiCl₄(g)+2N₂(g)+6H₂(g) Si₃N₄(s)+12HCl(g)   ΔH <0
完成下列填空:
（1）在一定温度下进行上述反应, 若反应容器的容积为2 L, 3 min后达到平衡, 测得固体质量增加了2. 80 g, 则转移电子的物质的量为          ，H₂的平均反应速率为　　　　mol/(L·min); 该反应的平衡常数表达式K=　　　　　　　　。
（2）上述反应达到平衡后, 下列说法正确的是　　　　。
a. 其他条件不变, 压强增大, 平衡常数K减小     
b. 其他条件不变, 温度升高, 平衡常数K减小
c. 其他条件不变, 增大Si₃N₄物质的量,平衡向左移动
d. 其他条件不变, 增大HCl物质的量,平衡向左移动
（3）一定条件下, 在密闭恒容的容器中, 能表示上述反应达到化学平衡状态的是　　　　。

A．3v逆(N2)=v正(H2)	B．v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C．混合气体密度保持不变	D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6

（4）若平衡时H₂和HCl的物质的量之比为, 保持其他条件不变, 降低温度后达到新的平衡时, H₂和HCl的物质的量之比　　　(填“>”、“=”或“<”)。

2012年始，雾霾天气无数次肆虐家乡邯郸。其中，燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)。△H＜0
①该反应平衡常数表达式                        
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是               （填代号）。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染。
已知：Ⅰ CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol
Ⅱ 2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol
Ⅲ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝ －44.0 kJ／mol
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的热化学方程式：                   。
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL1mol/L食盐水,电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）.
①甲烷燃料电池的负极反应式：                                          。
②电解后溶液的pH=        (忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)
③阳极产生气体的体积在标准状况下是       L

乙醇是重要的化工原料和液体燃料，可以在一定条件下利用CO₂与H₂反应制得：

请回答：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为                                 。
（2）当温度T₁>T₂时，化学平衡常数K₁           K₂（填“>”、“<”或“=”）。
（3）在恒温、恒容的密闭容器中，下列描述能说明上述反应已达化学平衡状态的是                           （填字母序号）。
a．生成1molCH₃CH₂OH的同时生成3 mol H₂O   
b．容器中各组分浓度不随时间而变化
c．容器中混合气体的密度不随时间而变化   
d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（4）在工业生产中，可使H₂的转化率和化学反应速率同时提高的措施有                                     （写出一条合理措施即可）。
（5）工业上，常以乙醇为原料生产乙醛。根据下图所示信息，该反应是            反应（填“放热”或“吸热”），判断依据是__________________。

（6）乙醇可以作为燃料电池的燃料。某乙醇燃料电池以乙醇为燃料，使用酸性电解质，该电池负极反应的电极反应式为                                           。

氮及其化合物与人类各方面有着密切的联系。Ⅰ现有一支15mL的试管，充满NO倒置于水槽中，向试管中缓缓通入一定量氧气，当试管内液面稳定时，剩余气体3mL。则通入氧气的体积可能为                mL。
Ⅱ目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)+4NO₂(g)= 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H="-574kJ/mol"
②CH₄(g)+4NO(g)= 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H="-1160kJ/mol"
③H₂O(g)= H₂O(l)                     △H=-44kJ/mol
写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g) 、CO₂(g)和H₂O(l)的热化学方程式                           。  
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：
某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T⁰C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______ ；（选填字母代号）
A．容器内CO₂的浓度保持不变
B．v_正(N₂)="2" v_正(NO)
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②前20分钟，平均反应速率v(NO)=                      。v(NO)=（0．1- 0．04）/ 20 = 0．003mol·L^-1· min^-1
③在T⁰C时，该反应的平衡常数为_______(保留两位小数)；
④在30 min，改变某一条件反应重新达到平衡，则改变的条件是_______                      。
（3）科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂,其反应为：

研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。

实验编号	T(^0C)	NO初始浓度 （mol/L）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的比 表面积(m^2/g)
Ⅰ	280	1．20×10^-3	5．80×10^-3	82
Ⅱ	a	b	c	124
Ⅲ	350	d	e	124

 
上表中：a=_______,b=________,e=________ 。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：

反应I：  CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)       ΔH₁
反应II： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+ H₂O(g)   ΔH₂
①上述反应符合“原子经济”原则的是         (填“I”或“Ⅱ”)．
②在其他条件不变得情况下，考察温度对反应II的影响，实验结果如图所示
由图中数据判断  ΔH₂        0 (填“＞”，“=”或“＜”)．
③某温度下，将2 mol CO₂和6 mol H₂充入2L的密闭容器中，发生反应II，达到平衡后，测得c(CO₂)= 0．2 mol/L， 则此时容器中的压强为原来的         倍
（2）已知在常温常压下：
① 2CH₃OH(l) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  ΔH =-1275．6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O₂(g) = 2CO₂(g)            ΔH =-566．0 kJ/mol
③ H₂O(g) = H₂O(l)                  ΔH =-44．0 kJ/mol
请计算1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水放出的热量为               。
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置．

①该电池负极的电极反应为                        
②此电池消耗甲醇1．6克时，反应中电子转移数目为                
③若以此燃料电池为铅蓄电池充电，则应将图中右侧电极连接蓄电池的       (填正极或负极)