高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(8分)氨的合成是最重要的化工生产之一。
（1）工业上可用甲烷与水反应得到合成氨用的H₂：其热化学反应方程式为CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  △H₄，已知有关反应的能量变化如下图所示：

则△H₄=______________(用a、b、c表示)
（2）在2个恒压的密闭容器中，同温度下、使用相同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，反应达到平衡时有关数据为：

容 器	甲	乙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2
达到平衡的时间(min)	t	5
平衡时N2的浓度(mol·L^－1)	3	c

①甲容器达到平衡所需要的时间t      5min(填“＞”、“＜” 或“＝”，下同)；乙容器达到平衡时N₂的浓度c     3 mol·L^－1。
②下图中虚线为该反应在使用催化剂条件下，关于起始N₂与H₂投料比和 H₂平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下H₂平衡转化率的示意图。

氮及其化合物在工农业生产、生活中有重要作用。请按要求回答下列相关问题：
（1）食品添加剂铵明矾NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O高温可分解，下列关于其分解产物的预测不合理的是_____。
A．NH₃、N₂、SO₂、H₂O           B．NH₃、SO₃、H₂O
C．NH₃、SO₂、H₂O               D．NH₃、N₂、SO₃、SO₂、H₂O
（2）汽车发动机工作时也会引发N₂和O₂反应产生大气污染物NO，其能量变化示意图为_____

则该反应的热化学方程式为_________________________。
（3）工业合成氨的反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H<0，分别在T₁、T₂温度下，改变起始氢气物质的量，测得平衡时氨的体积分数如图所示：

①比较在m、n、q三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是________点。
②T₂条件下，在2 L的密闭容器中，充入x mol N₂和y mol H₂时，3 min达平衡，此时反应物的转化率均为a，写出下列仅含a、x的表达式（不必化简）：v(N₂)=_______；该反应的平衡常数的值K =_______。
③图像中T₂________T₁（填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”）。
④科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实现氨的电化学合成，这提高了氮气和氢气的转化率。写出电化学合成过程中发生还原反应的电极方程式：___________________________________。
（4）将质量相等的四份铁粉和铜粉的均匀混合物，分别加入同浓度稀硝酸充分反应，（假设硝酸的还原产物只有NO）实验数据如下表：

编 号	①	②	③	④
稀硝酸体积/mL	100 mL	200 mL	300 mL	400 mL
剩余金属/g	18.0 g	9.6 g	0	0
NO体积/L（标准状况下）	2.24 L	4.48 L	6.72 L	V

下列有关分析推断正确的是____________。
A．硝酸起始浓度为4 mol/L          B．①中溶解了5.6 g Fe
C．③中n(Cu²⁺) =" 0.15" mol           D．④中V =" 6.72" L

已知某可逆反应：2M(g)N(g) △H＜0。现将M和N的混和气体通入容积为l L的恒温密闭容器中，反应体系中各物质浓度随时间变化关系如图所示。下列说法中，正确的是

A．a、b、c、d四个点中处于平衡状态的点是a、b

B．反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是加入了0.4 mol N

C．若调节温度使35 min时体系内N的体积分数与15 min时相等，应升高温度

D．若在40 min时出现如图所示变化，则可能是因为加入催化剂引起的

(14分)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｡下图为以天然气为原料制备化工产品的工艺流程｡

（1）CH₄的VSEPR模型为      
（2）一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并能使氨水再生，写出氨水再生时的化学反应方程式      
（3）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)；ΔH="-90.8" kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)；ΔH=-23.5kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)；ΔH="-41.3" kJ·mol^-1
则催化反应Ⅱ室的热化学方程式为      
（4）在一定条件下，反应室Ⅲ(容积为VL)中充入amolCO与2amolH_{2 ，}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､压强的关系如图所示，则：①P₁       P₂(填“<”､“=”或“>”)。

②在其它条件不变的情况下，反应室Ⅲ再增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率      (填“增大”､“减小”或“不变”)。
③在P₁压强下，100℃时，反应：CH₃OH(g)CO(g)+2H₂(g)的平衡常数为     (用含a､V的代数式表示)｡
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄｡铜电极表面的电极反应式      

T℃时，反应物和生成物均为气体的某反应，反应过程中浓度变化如图（Ⅰ）所示。若保持其他条件不变，温度分别为T₁和T₂时，B的体积分数与时间的关系如图（Ⅱ）所示，则下列结论正确的是

A．在t₁时间内用B表示该反应的平均速率为：0．6mol·L^-1·mim^-1
B．在（t₁+10）时，保持其他条件不变，增大压强，平衡向逆反应方向移动
C．T时，在相同容器中，若由0．1mol·L^-1A、0．3mol·L^-1B和0．4mol·L^-1C反应，达到平衡后，C的浓度仍为0．4mol·L^-1
D．在其他条件不变时，升高温度，正、逆反应速率均增大，且A的转化率增大

1902年德国化学家哈博研究出合成氨的方法，其反应原理为：
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g);△H（△H＜0）
一种工业合成氨的简易流程图如下：

完成下列填空：
（1）天然气中的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。NH₄HS的电子式是___________，写出再生反应的化学方程式：__________________。NH₃的沸点高于H₂S，是因为NH₃分子之间存在着一种比_________力更强的作用力。
（2）室温下，0.1 mol/L的氯化铵溶液和0.1 mol/L的硫酸氢铵溶液，酸性更强的是_______，其原因是___________________________________________________________。
已知：H₂SO₄：H₂SO₄ = H⁺+HSO₄^－; 
HSO₄^－H⁺+SO₄^2－ :
K =1.2×10^－2    NH₃·H₂O：K=1.8×10^－5
（3）图甲表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：______（保留3位有效数字）。
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从常温下通入原料气开始，随温度不断升高，NH₃物质的量变化的曲线示意图。
       
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）________。
简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法(只答一种即可)：_________________。

工业生产硝酸铵的流程如下图所示

（1）硝酸铵的水溶液呈       (填“酸性”、“中性”或“碱性”)；其水溶液中各离子的浓度大小顺序为：              。
（2）已知N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H<0，当反应器中按n(N₂)：n(H₂)=1：3投料，分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线如右图。

①曲线a对应的温度是              。
②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是       

A．及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率

B．P点原料气的平衡转化率接近100%，是当前工业生产工艺中采用的温度、压强条件

C．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)

D．M点比N点的反应速率快

E．如果N点时c(NH₃)＝0.2 mol·L^－1，N点的化学平衡常数K≈0.93
（3）尿素（H₂NCONH₂）是一种非常重要的高效氮肥，工业上以NH₃、CO₂为原料生产尿素，该反应实际为二步反应： 
第一步：2NH₃(g)＋CO₂(g)===H₂NCOONH₄(s)   ΔH=－272 kJ·mol^－1
第二步：H₂NCOONH₄(s)===CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)  ΔH=＋138 kJ·mol^－1
写出工业上以NH₃、CO₂为原料合成尿素的热化学方程式：                            ；
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下左图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第_____步反应决定，总反应进行到_________min时到达平衡。
②在上右图中画出第二步反应的平衡常数K随温度的变化的示意图。

“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）