高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

（共16分）近年来对CO₂的有效控制及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。据中国化工报报道，美国科学家发现了一种新的可将CO₂转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近90倍。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58 kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)      △H ₂
反应Ⅲ： CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H ₂=     ，反应Ⅲ自发进行条件是     （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下2L恒容密闭容器中充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得在不同反应物起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如下图所示。

①据图可知，若要使CO₂的平衡转化率大于40%，以下条件中最合适的是   ；
A．n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol； 650K   
B．n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.7mol；550K
C．n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.9mol； 650K   
D．n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2.5mol；550K
②在温度为500K的条件下，充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．用H₂表示该反应的速率为       ；
b．该温度下，反应I的平衡常数K=       ；
c．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线：

（3）某研究小组将一定量的H₂和CO₂充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂（发生反应I、Ⅱ、
Ⅲ），测得了不同温度下体系达到平衡时CO₂的转化率（a）及CH₃OH的产率（b），如图所示，请回答问题：

①该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是      （选填编号）。
A．改用高效催化剂
B．升高温度
C．缩小容器体积
D．分离出甲醇
E．增加CO₂的浓度
②据图可知当温度高于260℃后，CO的浓度随着温度的升高而     （填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”），其原因是         。

(14分)硝酸厂废气、汽车尾气中的氮氧化物可污染大气，现有几种消除氮氧化物的方法如下：
目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）方法一：CH₄催化还原法。已知：
①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₁＝－574 kJ·mol^－1
②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₂
③H₂O(g)＝H₂O(l) ΔH₃＝－44 kJ·mol^－1
现有一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，用22．4L（标准状况下）甲烷气体催化还原该混合气体，恰好完全反应（已知生成物全部为气态），并放出1013．5KJ的热量，则ΔH₂为______；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）方法二：活性炭还原法。
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（T₁℃)条件下反应，只生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的气体，且反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

物质的量/mol 时间/min	NO	甲	乙
0	0．200	0	0
10	0．116	0．042	0．042
20	0．080	0．060	0．060
30	0．080	0．060	0．060

由以上信息可知：
①该原理的化学方程式为____________________________________________________.
②该温度下的平衡常数K=_____________________________。(保留小数点后两位有效数字)
③若20min后升高温度至T₂℃，达到平衡后，若容器中NO、甲、乙的浓度之比为1:1:1，
则该反应的ΔH_______ 0 。(填＂＞＂、＂＜＂、＂=＂)
（3）方法三：NH₃催化还原氮氧化物（SCR技术)。该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。
反应原理为：2NH₃(g)＋NO(g)＋NO₂(g)2N₂(g)＋3H₂O(g) 每生成1molN₂转移的电子数为_____________________________________________________________。
（4）方法四：ClO₂氧化氮氧化物。其转化流程如下：

已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ ClO₂+ H₂O ＝ NO₂+ HNO₃+ HCl，则反应Ⅱ的化学方程式是           。

黄铁矿（主要成分为FeS₂）是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO₂和Fe₃O₄。
（1）将0.5molSO₂(g)和0.48molO₂(g)放入容积为1L的密闭容器中，反应： 2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO₃)=0.48mol/L。则该条件下SO₂的平衡转化率为          。
（2）若锻烧12gFeS₂产生的SO₂全部转化为SO₃气体时放出19.66kJ热量，产生的SO₃与水全部化合生成H₂SO₄，放出26.06kJ热量，写出SO₃气体转化为H₂SO₄的热化学方程式：                              。
（3）将黄铁矿的煅烧产物Fe₃O₄溶于稀H₂SO₄后，加入铁粉，可制备FeSO₄。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其目的是                                                          。
（4）从吸收塔排出的尾气中SO₂先用足量氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂和铵盐，写出有关反应的化学方程式：                             、                         。
SO₂既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于海水提溴过程中吸收潮湿空气中的Br₂，则SO₂吸收Br₂的离子方程式是                                   。

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)  ΔH=-196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g) ΔH= -113.0kJ·mol^-1
则反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)的ΔH=         kJ·mol^-1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2∶1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是            。

A．体系压强保持不变

B．混合气体颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1molSO3的同时生成1mol NO

测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5∶1，则平衡常数K=        。
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（1）所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：                                         。

（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（2）所示的原电池装置。
①该电池工作时，OH^-向         极移动（填“正”或“负”）。
②该电池正极的电极反应式为                              。

(10分)甲醇可以与水蒸气反应生成氢气，反应方程式如下：
CH₃OH(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋3H₂(g) ΔH＞0。
（1）在一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CH₃OH(g)和3 mol H₂O(g)，20 s后，测得混合气体的压强是反应前的1.2倍，则用甲醇表示的该反应的速率为________。
（2）判断（1）中可逆反应达到平衡状态的依据是(填序号)________。
①v_正(CH₃OH)＝v_正(CO₂)
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化
（3）下图中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1 mol CH₃OH(g)和2 mol H₂O(g),向B容器中充入1.2 mol CH₃OH(g)和2.4 mol H₂O(g)，两容器分别发生上述反应。已知起始时容器A和B的体积均为a L。试回答：

①反应达到平衡时容器B的体积为1.5a L，容器B中CH₃OH的转化率为________，A、B两容器中H₂O(g)的体积百分含量的大小关系为B________A(填“＞”“＜”或“＝”)。
②若打开K，一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为________L(连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响)。

NH₃能被O₂氧化生成NO，进而氧化成NO₂，用来制造硝酸；将NO₂(g)转化为N₂O₄(l)，再制备浓硝酸。
（1）2NO(g)+ O₂(g) 2NO₂(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率的不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线如图。

①P₁______(填“>”或“<”)P₂
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是____________。
（2）已2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H₁<0 
2NO₂(g)N₂O₄(l)  △H₂<0
下列能量变化示意图中，正确的是_______(填序号)

（3）50℃时在容积为1.0L的密闭容器中，通入一定量的N₂O₄，发生反应N₂O₄(g) 2NO₂(g)，随着反应的进行，混合气体的颜色变深。达到平衡后，改变反应 温度T，10s后又达到平衡，这段时间内，c(N₂O₄)以0.0020mol/(L·s)的平均速率降低。
①50℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60s 时段，反应速率v(NO₂)为_________mol/(L·s)。

②T______(填“>”或“<”) 50℃。
③计算温度T时该反应的平衡常数K（写出计算过程）。
（4）科学家正在开发以氨代替氢气的新型燃料电池有许多优点；制氨工业基础好、技术成熟、成本低、储运方便等。直接供氨式碱性（KOH）燃料电池的总反应为：4NH₃+3O₂==2N₂+6H₂O，氨气应通入_______(填“正极”或“负极”)室，正极反应式为_____________________________

(10分)甲醇合成反应为：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)
（1）合成甲醇的反应过程中物质能量变化如图所示。写出合成甲醇的热化学方程式             。

（2）实验室在lL密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H₂通入容器中，分别恒温在300 ℃和500 ℃反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：(表中数据单位：mol•L^—l)

温度＼时间	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300 ℃时反应开始10分钟内，H₂的平均反应速率为           ；
②500 ℃时平衡常数K的数值为                 ；
③300 ℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是    (选填编号)。
a.c(H₂)减小    
b.正反应速率加快，逆反应速率减慢
c.CH₃OH的物质的量增加   
d.重新平衡时减小
（3）下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①甲中负极的电极反应式为                      ；
②乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为        ；
③反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要       mL5.0 mol•L^—lNaOH 溶液。

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500mL，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）。

(14分)质子交换膜燃料电池广受关注。
（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气。
已知：C(s)+O₂(g)CO(g)    ΔH₁=-110.35kJ·mol^-1
2H₂O(l)2H₂(g)+O₂(g)    ΔH₂=+571.6kJ·mol^-1
H₂O(l)H₂O(g)    ΔH₃=+44.0kJ·mol^-1
则C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)    ΔH₄=       。
（2）燃料气(流速为1800mL·h^-1；体积分数为50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除。
①160 ℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为           。
②灼烧草酸铈[ Ce₂(C₂O₄)₃]制得CeO₂的化学方程式为             。
③在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸(HIO₃或H₃PO₄)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。

加入   (填酸的化学式)的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO₂—HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为   mL。
（3）图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中   (填“a”或“b”)为电池的负极，负极的电极反应式为           。

氮元素的化合物应用十分广泛。请回答：
（1）火箭燃料液态偏二甲肼（C₂H₈N₂）是用液态N₂O₄作氧化剂，二者反应放出大量的热，生成无毒、无污染的气体和水。已知室温下，1 g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，则该反应的热化学方程式为               。
（2）298 K时，在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂(g)N₂O₄(g)ΔH＝-a kJ·mol^－1 (a>0)
N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时， N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，回答下列问题：

①298k时，该反应的平衡常数为      L ·mol^－1（精确到0.01）。
②下列情况不是处于平衡状态的是      ：
a.混合气体的密度保持不变；
b.混合气体的颜色不再变化；
c.气压恒定时。
③若反应在398K进行，某时刻测得n(NO₂)="0.6" mol  n(N₂O₄)=1.2mol，则此时V_（正）   V_（逆）（填“>”、“<”或“=”）。
（3）NH₄HSO₄在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。现向100 mL 0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄溶液中滴加0.1 mol·L^－1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。

试分析图中a、b、c、d、e五个点，
①b点时，溶液中发生水解反应的离子是______；
②在c点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是                          。

（1）甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄(g)+H₂O(g)＝CO(g) + 3H₂(g)      △H＝+206.0 kJ·mol^－1
II：CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)        △H＝－129.0 kJ·mol^－1
CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的△H=         。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应器，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为     mol·L^-1·min^-1。

（3）在某温度和压强下，将一定量 CO与H₂充入密闭容器发生反应II生成甲醇，平衡后压缩容器体积至原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是    (填序号)：
a．c ( H₂ )减少； 
b.平衡常数K增大； 
c．CH₃OH 的物质的量增加；
d．正反应速率加快，逆反应速率减慢；  
e．重新平衡c ( H₂ )/ c (CH₃OH )减小。
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）。现用下图装置模拟上述过程，

则：
Co²⁺在阳极的电极反应式为：                          ；
除去甲醇的离子方程式为                              。

已知可逆反应CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，达到平衡时，K=，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。
（1）830K时，若起始时c（CO）="2" mol·L^-1，c（H₂O）="3" mol·L^-1，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为           ；K值为            。
（2）830 K时，若只将起始时c（H₂O）改为6 mol·L^-1，则水蒸气的转化率为       。
（3）若830 K时，起始浓度c（CO）="a" mol·L^-1，c（H₂O）="b" mol·L^-1，H₂的平衡浓度c（H₂）="c" mol·L^-1①a、b、c之间的关系式是            ；②当a=b时，a=          c。

在容积为1L的密闭容器中，进行如下反应：A（g）+2B（g） C（g）+D（g），最初加入1.0molA和2.2molB，在不同温度下，D的物质的量n（D）和时间t的关系如图。

试回答下列问题：
（1）800℃时,0—5min内，以B表示的平均反应速率为____________。
（2）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．容器中压强不变                 B．混合气体中c（A）不变
C．2v正（B）=v逆（D）            D．c（A）=c（C）
（3）若最初加入1.0molA和2.2molB，利用图中数据计算800℃时的平衡常数K=________，该反应为_______反应（填吸热或放热）。
（4）700℃时，某时刻测得体系中各物质的量如下：n（A）=1.1mol，n（B）=2.6mol，n（C）=0.9mol，n（D）=0.9mol，则此时该反应________进行（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“处于平衡状态”）。

相同温度下,体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：X₂(g) + 3Y₂(g)2XY₃(g)   △H=－92.6 kJ.mol^-1

容器 编号	起始时各物质物质的量/mol	达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化
X2	Y2	XY3
①	1	3	0	2分钟	放热46.3kJ
②	0.4	1.2	1.2	/	Q(Q>0)

实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示，下列叙述不正确的是
A．容器①中反应达平衡时用XY₃表示的反应速率为v(XY₃)=1/30moI.L^-l·s^-1
B．平衡时，两个容器中XY₃的物质的量浓度相等
C．容器②中反应达到平衡时吸收的热量为Q
D．若容器①体积为0.3L，则达平衡时放出的热量大于46.3kJ

随着世界粮食需求量的增长，农业对化学肥料的需求量越来越大，其中氮肥是需求量最大的一种化肥。而氨的合成为氮肥的生产工业奠定了基础，其原理为：N₂＋3H₂2NH₃
（1）在N₂＋3H₂2NH₃的反应中，一段时间后，NH₃的浓度增加了0.9 mol·L^－1。用N₂表示其反应速率为0.15 mol·L^－1·s^－1，则所经过的时间为         ；
A．2 s          B．3 s         C．4 s          D．6 s
（2）下列4个数据是在不同条件下测得的合成氨反应的速率，其中反应最快的是         ；
A．v(H₂)＝0.1 mol·L^－1·min^－1          B．v(N₂)＝0.1 mol·L^－1·min^－1
C．v(NH₃)＝0.15 mol·L^－1·min^－1        D．v(N₂)＝0.002mol·L^－1·min^－1
（3）在一个绝热、容积不变的密闭容器中发生可逆反应：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＜0。下列各项能说明该反应已经达到平衡状态的是            。
A．容器内气体密度保持不变                    
B．容器内温度不再变化
C．断裂3 mol H-H键的同时，断裂6 mol N—H键
D．反应消耗N₂、H₂与产生NH₃的速率之比1︰3︰2