高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

（原创）化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：
a.NH₄I(s) NH₃(g)+HI(g)
b.2HI(g) H₂(g)+I₂(g)
则反应a的平衡常数表达式为_______；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄△H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是_____________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小

C．若反应在一绝热容器中进行，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为______极，其电极反应式为________________
②当有2.24 L NO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用_______（选填“阳”或“阴”）离子交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式______________________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有_________________________________ (任写一种)。

（共12分）红矾钠(重铬酸钠：Na₂Cr₂O₇·2H₂O)是重要的化工原料，工业上用铬铁矿(主要成分是FeO·Cr₂O₃)制备红矾钠的过程中会发生如下反应：4FeO（s）＋Cr₂O₃(s)＋8Na₂CO₃(s)＋7O₂(g)8Na₂CrO₄(s)＋2Fe₂O₃(s)＋8CO₂(g) ΔH<0
（1）请写出上述反应的化学平衡常数表达式：K＝__________________。
（2）图1、图2表示上述反应在t₁时达到平衡，在t₂时因改变某个条件而发生变化的曲线。
由图1判断，反应进行至t₂时，曲线发生变化的原因是________________(用文字表达)；
由图2判断，t₂到t₃的曲线变化的原因可能是________(填写序号)。
a．升高温度      b．加了催化剂       c．通入O₂      d．缩小容器体积

（3）工业上可用上述反应中的副产物CO₂来生产甲醇：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)，
①已知该反应能自发进行，则下列图像正确的是________________

②在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列说法正确的是______（填序号）

A．温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率：v(CH3OH)= mol·L^-1·min^-1

B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

C．该反应为放热反应

D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

③在T₁温度时，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，CO₂转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为___________。

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。
已知：①2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)ΔH=-566.0kJ/mol
②S(s)+ O₂(g)=SO₂(g)ΔH=-296.0kJ/mol
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业土用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g) +H₂(g)。已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为_________，H₂的平均生成速率为         mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为___________反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的___________极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：
（ⅰ）制备合成气：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) 
（ⅱ）合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) 
请回答下列问题：
（1）制备合成气：将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应（i）；CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100℃时达到平衡的时间为5min，则从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率为：v(H₂)=     。
100℃时该反应的平衡常数K=       ；若升高温度，平衡常数K将             （填“增大”、“减小”或“不变”）。
②图中p₁       p₂（填“<”、”“>”或“=”）。
③为解决合成气中H₂过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO₂，发生反应如下：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)，为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为      。
（2）合成甲醇：在Cu₂O/ZnO作催化剂的条件下，向2L的密闭容器中通入1mol
CO(g)和2mol H₂(g)，发生反应(ⅱ)。
①反应（ⅱ）需在                           （填“高温”或“低温”）才能自发进行。
②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量的CO₂ 有利于维持Cu₂O的量不变，原因是_________________（用化学方程式表示）。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：CH₄(g) + H₂O(g)CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________。
III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s)5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = _________________________。
（6）下列说法不正确的是____________________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd

IV．（7）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，其原理用电解总离子方程式解释是_____________。

(16分)FeCl₃具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl₃高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：(16分)
（1）FeCl₃净水的原理是    。FeCl₃溶液腐蚀钢铁设备，除H^＋作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）       。
（2）为节约成本，工业上用NaClO₃氧化酸性FeCl₂废液得到FeCl₃。
①若酸性FeCl₂废液中各离子浓度如下：则该溶液的pH约为     。
c(Fe^2＋)=2.0×10^-2mol·L^-1，c(Fe^3＋)=1.0×10^-3mol·L^-1， c(Cl^－)=5.3×10^-2mol·L^-1,
②NaClO₃能在酸性条件下氧化FeCl₂，写出离子方程式：
（3）FeCl₃在溶液中分三步水解：
Fe^3＋+H₂O Fe(OH)²⁺+H^＋    K₁       
Fe(OH)²⁺+H₂OFe(OH)₂⁺+H^＋    K₂
Fe(OH)⁺+H₂OFe(OH)₃+H^＋       K₃
以上水解反应的平衡常数K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是    。
通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为： xFe³⁺+yH₂OFe_x(OH)_y^(3x-y)++yH⁺
欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）       。
a．降温      b．加水稀释       c．加入NH₄Cl       d．加入NaHCO₃
室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是    。
（4）天津某污水处理厂用氯化铁净化污水的结果如下图所示。

由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L^-1)表示]的最佳范围约为      mg·L^-1。

Ⅰ、工业上设计用CO₂来生产燃料甲醇，既减少二氧化碳气体，又得到宝贵的能源物质。为了探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，某温度下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H=-49.0KJ/mol．测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示

（1）该反应该温度下，化学平衡常数的值为_______________________
（2）下列说法中能作为反应达到平衡状态标志的是___________________(填字母)。
A．容器内压强不再发生变化    
B．平均相对分子质量不再变化
C．c(CO₂)和c(H₂)之比等于1:3
D．相同时间内每断裂3molH-H键，同时断裂3molO-H键
（3）下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)减小的是__________________
A．再充入1molCO₂和3molH₂          B．将H₂O(g)从体系中分离 
C．充入He(g)，使体系压强增大      D．升高温度     
Ⅱ、钢铁工业是国家工业的支柱，每年钢铁生锈让国家损失大量资金，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下：

①A电极对应的金属是_________(写元素名称)，B电极的电极反应式是__________；
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为__________；
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了高热值的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛．生产煤炭气的反应之一是：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)  H=+131.4kJ/mol
（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min的平均反应速率为______________。
（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是___________．
A．CO的含量保持不变
B．v_正(H₂O)=v_正(H₂)
C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）若上述反应在t₀时刻达到平衡(如图)，在t₁时刻改变某一条件，请在图中继续画出t₁时刻之后正反应速率随时间的变化：

①缩小容器体积，t₂时到达平衡（用实线表示）；
②t₃时平衡常数K值变大，t₄到达平衡（用虚线表示）．
（4）在一定条件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O(l)变为H₂O(g)吸收44.0 kJ的热量，写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式_______________________
（5）如下图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为_____________。当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。

在20L的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H₂，发生：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H。测得平衡时CO的转化率随温度及不同压强下的变化。P₂和195℃时n(H₂)随时间的变化结果如表格所示。下列说法正确的是

A．0～3 min，平均速率v（CH3OH）="0.8" mol•L^－1•min^－1

B．P1＜P2，△H＜0

C．在P2及195℃时，该反应的平衡常数为25

D．在B点时，v（正）＞v（逆）

大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除(即脱硝)后才能排放。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O（1）  ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)==="2NO(g)"  ΔH＝＋180 kJ·mol^－1
CH₄可用于脱硝，其热化学方程式为：CH₄(g)＋4NO(g)=CO₂(g)＋2N₂(g)＋2H₂O（1），ΔH＝________。
（2）C₂H₄也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu^2＋负载量对NO去除率的影响，控制其它条件一定，实验结果如图1所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu^2＋负载量分别是___________________________。

（3）臭氧也可用于烟气脱硝。
①O₃氧化NO 结合水洗可产生HNO₃和O₂，该反应的化学方程式为______________。
②一种臭氧发生装置原理如图2所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为___________。
（4）如图3是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为________(填化学式)和H₂O。
②当消耗2molNH₃和0.5molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为_____________。
（5）NO直接催化分解(生成N₂与O₂)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40 ℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示。写出Y和Z的化学式： _____________________________。

在体积均为1．0L的两个恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉，再分别加入0.1molCO₂和0.2molCO₂，在不同温度下反应CO₂(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO₂的物质的量浓度c(CO₂)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是（   ）

A．反应CO2(g)＋c(s)2CO(g) △S>0、△H<0

B．体系的总压强P总：P总(状态Ⅱ)>2P总（状态Ⅰ）

C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ) >2c(CO，状态Ⅲ)

D．逆反应速率V逆：V逆（状态Ⅰ）>V逆（状态Ⅲ)

运用化学反应原理研究部分单质及其化合物的反应有重要意义。
（1）氨是氮循环过程中的重要物质，是氮肥工业的重要原料。氨的合成目前普遍使用的人工固氮方法：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)。请回答：
①已知：H-H键能为436kJ/mol，N   N键能为945kJ/mol，N一H键能为391kJ/mol．由键能计算消耗1molN₂时的△H=_________。若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡_______移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
②如图中：当温度由T₁变化到T₂时，K_A______K_B（填“＞”、“＜”或“=”）。
（2）氨气溶于水得到氨水。NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃时，将amolNH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，原因是___________（用离子方程式表示），向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将__________（填“正向”、“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为________mol/L（用含a、b的代数式表示），（NH₃·H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5mol/L）
（3）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：SO₂(g)+1/2O₂(g)SO₃(g)△H＜0，是工业上生产硫酸的关键步骤。
①在某温度时，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，则反应开始时正反应速率________逆反应速率（填“＜”、“＞”或“=”）。
②在①中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂(g)平衡浓度比原来减小的是________。
a．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol SO₃(g)
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He
c．降低温度
d．在其他条件不变时，减小容器的容积
③由硫酸可制得硫酸盐．在一定温度下，向K₂SO₄溶液中滴加Na₂CO₃溶液和BaCl₂溶液，当两种 沉淀共存时，＝_________。
[已知该温度时，Ksp(BaSO₄)=1.3×10^-10，Ksp(BaCO₃)=5.2×10^-9]

在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：3H₂(g)+N₂(g) 2NH₃(g)。按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：
下列说法不正确的是（  ）

A．容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v（H2）=0.3mol·L^-1·min^-1

B．2c1＜1.5

C．在该温度下甲容器中反应的平衡常数K＝

D．2ρ1=ρ2

运用化学反应原理研究氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义。
（1）硫酸生产过程中2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)，平衡混合体系中SO₃的百分含量和温度的关系如图所示，根据下图回答下列问题：

①2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)的△H______0（填“>”或“<”）。
②一定条件下，将SO₂与O₂以体积比2:1置于一体积不变的密闭容器中发生以上反应，能说明该反应已达到平衡的是___________（填字母编号）。
a．体系的密度不发生变化
b．SO₂与SO₃的体积比保持不变
c．体系中硫元素的质量百分含量不再变化
d．单位时间内转移4 mol 电子，同时消耗2 mol SO₃
e．容器内的气体分子总数不再变化
（2）一定的条件下，合成氨反应为：N₂(g)+3H₂(g） 2NH₃(g)。图1表示在此反应过程中的能量的变化，图2表示在2L的密闭容器中反应时N₂的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。

①该反应的平衡常数表达式为        ，升高温度，平衡常数        （填“增大”或“减小”或“不变”）。
②由图2信息，计算0~10min内该反应的平均速率v(H₂)=       ，从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，则n(N₂)的变化曲线为        (填“a”或“b”或“c”或“d”)。
③图3 a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是     点，温度T₁     T₂（填“>”或“=”或“<”）
（3）若将等物质的量的SO₂与NH₃溶于水充分反应，所得溶液呈        性，所得溶液中c（H⁺）－ c（OH^－）=       （填写表达式）（已知：H₂SO₃：Ka₁=1.7×10^－2，Ka₂=6.0×10^－8，NH₃·H₂O：K_b=1.8×10^－5）。

一定条件下，将a mol N₂与17 mol H₂的混合气体通入一固定体积为V L的密闭容器中，发生如下反应：
（1）若反应进行到t min时，n(N₂)="2" mol ,n(NH₃)="6" mol ,计算a的值；此时N₂的转化率是多少？
（2）在t min时，H₂的体积百分数是多少？    （要求简写解题过程）