高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

“霾”是当今世界环境热点话题。目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：  
2NO（g）+ 2CO（g）2CO₂（g）+ N₂（g）   △H＝﹣a kJ•mol^-1（a＞0）
（1）在一定温度下，将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：

①0～15min N₂的平均速率v（N₂）＝      ；NO的转化率为     。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是    （选填序号）。
a．缩小容器体积
b．增加CO的量
c．降低温度
d．扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化学平衡将      移动（选填“向左”、“向右”或“不”），重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为       。
（2）已知：2NO（g）+ O₂（g）＝2NO₂（g）  △H＝﹣b kJ•mol^-1（b＞0）
CO的燃烧热△H＝﹣c kJ•mol^-1 （c＞0）
则在消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO发生反应
的热化学反应方程式为：            。
（3）工业废气中含有的NO₂还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO₂转化为N₂O₄，然后采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示。Pt乙为        极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是            。

(8分)碳的化合物与人类生产、生活密切相关。
I．工业上先将煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，发生以下反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
（1）向1L恒容密闭容器中充入CO(g)和H₂O(g)，t℃时测得部分数据如下表。

T/min	0	1	2	3	4
n(H2O)/mol	1	0.8	0.65	0.6	0.6
n(CO)/mol	0.8	0.6	0.45	0.4	0.4

则该温度下反应的平衡常数K=________。
（2）相同温度下，若向该容器中充入l molCO、x molH₂O(g)、y molCO₂、2 molH₂，此时v(正)=v(逆)，则x、y的关系式是________________。
II．在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)₄(g)，△H
则△H_____0，(填“＞”、“＜”)；缩小容器容积，平衡向_______(填“左”或“右”)移动，△H________(填“增大”、“减少”或“不变”，下同)，混合气体的密度_________。

甲醇是一种重要的可再生能源。
（1）已知2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)     ΔH＝a KJ/mol
CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g)      ΔH＝b KJ/mol
试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式：                          。
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。
甲图是反应时CO和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H₂表示平均反应速率υ(H₂)＝                      。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示。
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。（填字母）
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍   
B．H₂的体积分数不再改变
C．体系中H₂的转化率和CO的转化率相等        
D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小P_A________P_B（填“＞、＜、＝”）。
③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH₂，则在平衡状态B时容器的体积V(B)＝        L。
（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）。
①若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式：___________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol，当有0.5 mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是              。

在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)  M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：

实验 编号	温度/℃	起始时物质的量/mol	平衡时物质的量/mol
n(X)	n(Y)	n(M)
①	700	0.40	0.10	0.090
②	800	0.10	0.40	0.080
③	800	0.20	0.30	a
④	900	0.10	0.15	b

下列说法正确的是
A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10^－2 mol·L^－1·min^－1
B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0
C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D．实验④中，达到平衡时，b>0.060

(14分)氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)   H₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   H₂
则反应4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)  H＝      。(请用含有H₁、H₂的式子表示)
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度(K)	平衡时NH3的物质的量(mol)
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。
①则T₁      T₂(填“＞”、“＜”或“=”)
②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=      ，平衡时N₂的转化率α(N₂)=      。
③下列图像分别代表焓变(H)、混合气体平均相对分子质量()、N₂体积分数φ(N₂)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是      。

（3）某N₂H₄(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为      。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500 mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量
为      g(假设溶液电解前后体积不变)。

从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：2H₂＋O₂＝2H₂O。
（1）为了加快正反应速率，可以采取的措施有________（填序号，下同）。
A．使用催化剂                      B适当提高氧气的浓度
C．适当提高反应的温度              D．适当降低反应的温度
（2）下图能正确表示该反应中能量变化的是________。

（3）从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。

化学键	H—H	O＝O	H—O
键能kJ/mol	436	496	463

请填写下表：

化学键	填“吸收热量”或“放出热量”	能量变化kJ
拆开化学键	2molH2和1molO2中的化学键
形成化学键	4molH—O键
总能量变化

（4）氢氧燃料电池的总反应方程式为2H₂＋O₂＝2H₂O。其中，氢气在________极发生________反应。电路中每转移0．2mol电子，标准状况下消耗H₂的体积是________L。

在一密闭容器中发生反应N₂＋3H₂2NH₃，△H<0达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示：回答下列问题：

（1）处于平衡状态的时间段是    (填选项)。
A．t0～t1
B．t1～t2
C．t2～t3
D．t3～t4
E．t4～t5
F．t5～t6
（2）t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是_____(填选项)。
A．增大压强
B．减小压强
C．升高温度
D．降低温度
E．加催化剂
F．充入氮气
t1时刻    ；t3时刻    ；t4时刻    。
（3）依据（2）中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是     (填选项)。
A．t0～t1   B．t2～t3   C．t3～t4   D．t5～t6
（4）如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
（5）一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20%，则反应后与反应前的混合气体体积之比为     。

“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）