高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO₂和NH₃为原料合成尿素是固定和利用CO₂的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）      △H₁=－159．47kJ·mol^－1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）     △H₂=+72．49kJ·mol^－1
总反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）     △H₃=－86．98kJ·mol^－1
请回答下列问题：
（1）下列示意图中，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是        。

[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示H₂NCOONH₄（s），c表示CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）]
反应Ⅲ在           （填“较高温度”或“较低温度”）下能自发进行。
（2）反应中影响CO₂转化率的因素很多，下图甲为一定条件下，不同水碳比n（H₂O）/n（CO₂）和温度影响CO₂转化率变化的趋势曲线。

①其他条件相同时，为提高CO₂的转化率，生产中可以采取的措施是     （填“提高”或“降低”）水碳比。
②当温度高于190℃后，CO₂转化率出现如图甲所示的变化趋势，其原因是                。
（3）根据反应Ⅰ，在恒定温度下，将氨气和二氧化碳按2:1的物质的量之比充入体积为10L的密闭容器中（容器体积不变，固体体积忽略不计），经20min达到平衡，反应物浓度的变化曲线如图乙所示，若保持温度和体积不变，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，请在图乙中画出25～45min内氨气的浓度变化曲线。
（4）尿素在土壤中会发生反应CO（NH₂）₂+2H₂O（NH₄）₂CO₃。
①下列物质中与尿素有类似性质的是         。

A．H2NCOONH4	B．HOCH2CH2OH
C．HOCH2CH2NH2	D．H2NOCCH2CH2CONH2

②已知电解质在水中的电离平衡常数（25℃）如下表：

弱电解质	H2CO3	NH3·H2O
电离平衡常数	=4．30×10^－7 =5．60×10^－117	=5．60×10^－117

则常温下0．1mol·L^－1的（NH₄）₂CO₃溶液呈碱性的原因                               。

氮及其化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题，下面是氮的氧化物的几种不同情况下的转化。
（1）已知：2SO₂(g)+ O₂ (g)2SO₃ (g)   △H ＝-196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+ O₂ (g) 2NO₂ (g)   △H ＝-113.0kJ·mol^-1
则SO₂气体与NO₂气体反应生成SO₃气体和NO气体的反应为      （填“放热”或“吸热”）反应。
（2）向绝热恒容密闭容器中通入SO₂和NO₂，一定条件下使反应SO₂(g)＋NO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。

①反应在c点     （填“达到”或“未到”）平衡状态。
②开始时，在该容器中加入：
I：1molSO₂(g)和1molNO₂(g)；
II：1molSO₃(g)和1mol NO(g)，
则达化学平衡时，该反应的平衡常数I     II(填“>”、“＝”或“<”)。
（3）用氢氧化钠溶液吸收氮的氧化物时发生下列反应：
2NaOH + NO + NO₂ = 2NaNO₂ + H₂O
2NaOH + 2NO₂ = NaNO₂ + NaNO₂ + H₂O
将反应混合液和氢氧化钠溶液分别加到下图所示的电解槽中进行电解，A室产生了N₂。

①电极Ⅰ是     极，B室产生的气体是     。
②A室NO₂^－发生的电极反应是      。
（4）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。现有NO、NO₂的混合气6 L，可用同温同压下7 L的NH₃恰好使其完全转化为N₂，则原混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为    。

PM2．5是连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤．机动车尾气等。因此，对PM2．5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。
（1）将PM2．5样本用蒸馏水处理制成待测试样。测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2-	NO3^-	Cl^-
浓度/mol•L^-1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM2．5试样的pH       。
（2）汽车尾气的排放是城市重要的污染源，尾气含有的NO会破坏臭氧层。利用催化技术可将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，其反应方程式为：2NO＋2CO=CO₂＋N₂．为探究某种催化剂对反应速率的影响，t℃时，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H___________0（填写“＞”、“＜”、“＝”）。
②前2s内的平均反应速率v（N₂）＝______________。
③在该温度下，反应的平衡常数K＝________________。
④假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。
A．选用更有效的催化剂    B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度   D．缩小容器的体积
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是      。

T℃时，将1molX和2molY投入2L的密闭容器中，发生反应：X(g)+Y(g) 2Z(g)，X、Y的量随时间变化如下表，该反应的平衡常数随温度的变化如下图，则下列判断正确的是（ ）

	0	1	2	3	4	5	6
X	1	0.80	0.66	0.58	0.52	0.50	0.50
Y	2	1.80	1.66	…	…	…	…

A．前5min用Z表示的平均反应速率为0.2mol/(L·min)
B．该反应的正反应是放热反应，且T₁>T
C．在T℃时，以1molX、2molY和1molZ充入上述容器中，达到平衡时，X的体积分数不变
D．若温度为T₁时，以同样的起始量反应，达到平衡时X的转化率为66.7%

（1）氨气是一种重要的化工原料，合成氨的原料气之一H₂可通过反应：
CH₄（g）+H₂O（g）CO₂（g）+3H₂（g） △H＝+161．1KJ/mol获取。已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图1，请回答：

①图-1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线，其中表示1Mpa的是________。
②已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH₄与1 mol H₂O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡（如图2），该温度下反应的平衡常数为______________（结果保留小数点后一位数字）。
③从图2分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是_________（填“向正反应方向”或“向逆反应方向”），采取的措施可能是_____________________。
（2）工业上用NH₃和CO₂反应可合成尿素：
2NH₃（g）+ CO₂（g）CO（NH₂）₂（g）+ H₂O（g）△H₁＝—536．1 kJ/mol。
①其他条件不变，下列方法能同时提高化学反应速率和尿素产率的是          。

A．通入氦气	B．缩小体积
C．加入催化剂	D．除去体系中的水蒸气

②尿素可用于处理汽车尾气。CO（NH₂）₂（g）与尾气中NO反应生成CO₂、N₂、H₂O（g）排出。
又知：4NH₃（g）+  6NO（g）＝ 5N₂（g） +  6H₂O（g）   △H₂＝-1806．4 kJ/mol，
写出CO（NH₂）₂（g）与NO反应的热化学方程式            。
（3）美国Simons等科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂作为电极、加入碱性电解质溶液，其电池反应为 4NH₃＋3O₂＝2N₂＋6H₂O。
①写出该燃料电池的正极反应式                               。
②若用该燃料电池产生的电能在铁皮上镀锌（制白铁皮），某铁皮上现需要镀上9．75g锌，理论上至少需要消耗标准状况的氨气            L。

(17分)二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。
（1）科学家提出由CO₂制取C的太阳能工艺如图所示。

①若“重整系统”发生的反应中=6，则Fe_xO_y的化学式为______________。
②“热分解系统”中每分解l mol Fe_xO_y，转移电子的物质的量为________。
（2）工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚。已知：

①一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是_____(填代号)。
a．逆反应速率先增大后减小
b．H₂的转化率增大
c．反应物的体积百分含量减小
d．容器中的值变小
②在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。

T₁温度下，将6 mol CO₂和12 mol H₂充入2 L的密闭容器中，5 min后反应达到平衡状态，则0～5 min内的平均反应速率=______；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为______________。
（3）常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在NH₄HCO₃溶液中，c(NH₄⁺)___c(HCO₃^-)(填“>”、“<”或“=”)；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂ONH₃·H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=____。(已知常温下NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b=2×10^-5mol·L^-1，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4×10^-7mol·L^-1，K₂=4×10^-11mol·L^-1)

工业上可由天然气为原料制备甲醇，也可由水煤气合成甲醇。
（1）已知2CH₄（g）＋O₂（g）=2CO₂（g）＋4H₂（g） △H＝akJ/mol
CO（g）＋2H₂（g）＝CH₃OH（g）△H＝bkJ/mol
试写出由CH₄和O₂制取甲烷的热化学方程式：___________________。
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。图甲是反应时CO（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间t的变化情况。从反应开始到平衡，用CO表示平均反应速率v（CO）＝____________，该反应的平衡常数表达式为______________。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示．
①下列说法不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20L．如果反应开始时仍充入10molCO和20molH₂，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，则电池负极反应的离子方程式为_____________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为1．0mol，当有0．75mol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______________。

“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）