高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

开发氢能是实现社会可持续发展的需要。下图是以含H₂S杂质的天然气为原料制取氢气的流程图。

回答下列问题：
（1）反应②的化学方程式为                                           。
（2）反应④的离子方程式为                                           。
（3）步骤③中制氢气的原理如下：
Ⅰ：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)      ΔH＝＋206.4 kJ·mol^－1
Ⅱ：CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)      ΔH＝－41.2 kJ·mol^－1
①对于反应Ⅰ，一定可以提高平衡体系中H₂的百分含量，又能加快反应速率的措施是           （填字母代号）。
a．升高温度      b．增大水蒸气浓度      c．加入催化剂      d．降低压强
②利用反应Ⅱ，将CO进一步转化，可提高H₂的产量。若1.00 mol CO和H₂的混合气体（CO的体积分数为20%）与H₂O反应，得到1.18 mol CO、CO₂和H₂的混合气体，则CO的转化率为           。
③若该天然气中硫化氢的体积分数为5%，且甲烷与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气的总转化率为80%，则通过上述流程1.00 m³天然气理论上可制得氢气       m³（同温同压条件下）。
（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（生成的有机物为气体，忽略其他有机物）。
①生成目标产物的电极反应式为                  。
②该储氢装置的电流效率为η＝          。（η＝ ×100%，计算结果保留小数点后1位）

(共16分)Ⅰ.CO和H₂作为重要的燃料和化工原料，有着十分广泛的应用。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)         △H₁= -393．5 kJ·mol^-1
C(s)+H₂O(g)= CO(g)+H₂(g)    △H₂= +131．3 kJ·mol^-1
则反应CO(g)+H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)+CO₂(g)△H=            kJ·mol^-1。
（2）利用反应CO(g) +H₂(g)+O₂(g) = CO₂(g) +H₂O(g) 设计而成的MCFS燃料电池是用水煤气（CO和H₂物质的量之比为1:1）作负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质的一种新型电池。现以该燃料电池为电源，以石墨作电极电解饱和NaCl溶液，反应装置以及现象如图所示。则有：

①燃料电池即电源的N极的电极反应式为 _______________________  ；
②已知饱和食盐水的体积为1 L，一段时间后，测得左侧试管中气体体积为11．2 mL(标准状况)，若电解前后溶液的体积变化忽略不计，而且电解后将溶液混合均匀，则此时溶液的pH为                 。
Ⅱ.CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为：
2NO(g)+2CO(g)  N₂(g)+2CO₂(g)。请回答下列问题：
（3）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N₂)=bmol，且N₂占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K=               （用只含a、V的式子表示）
②判断该反应达到平衡的标志是____（填序号）
A．v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗            
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变    
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
（4）在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则：

①有害气体NO的转化率是          ，0～15minCO₂的平均反应速率v(CO₂)=____（保留小数点后三位）。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是     。（填序号）。
A．增加CO的量      B．加入催化剂
C．减小CO₂的量     D．扩大容器体积

从图表中获得有用的信息是化学学习和研究的重要能力。
（1）图1是在一定条件下，反应：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)的实验曲线。

①图中P₁、P₂、P₃、P₄代表不同压强，则压强大小的排列顺序为           。该反应的△H    0（选填“>”、“<”、“=”）。
②压强为 P₄时，在 Y 点：υ(正)    υ(逆)。（选填“>”、“<”、“=”）；
③压强为P₄时，密闭容器中CH₄和CO₂的起始浓度均为0.10mol•L^-1，则1100℃时该反应的化学平衡常数
为        （保留三位有效数字）。
（2）温度与HCl压强对MgCl₂·6H₂O受热分解产物的影响如图所示，下列说法正确的是

A．温度低于100℃，MgCl2·6H2O不会发生分解

B．要得到MgO温度至少需要加热至600℃

C．要得到无水MgCl2只要控制温度，不一定要在HCl气体中

D．在HCl气体压强为0.25×10^6Pa时，温度由室温升高至300℃，发生的反应为MgCl2·6H2O＝Mg(OH)Cl+HCl+5H2O

（3）X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在。Al－LiBH₄是新型产氢复合材料，常温下可以与H₂O反应生成H₂。图3是含LiBH₄为25%时Al－LiBH₄复合材料的X－射线衍射图谱，图4是该复合材料在25℃(图谱a)和75℃(图谱b)时与水反应后残留固体物质的X－射线衍射图谱。据图分析，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是__ (填化学式)，25℃和75℃时产物中不相同的物质是_ _ (填化学式)。

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

请填空：
（1）一定条件下，反应室1中发生反应CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H＞0．其它条件不变，只降低温度，逆反应速率将                       （填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）图1中反应室3（容积可变的密闭容器）中0.2mol CO与0.4mol H₂在催化剂作用下发生可逆反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示，则：

①P₁                 P₂（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在压强P₁下，100℃时反应达到化学平衡，反应室3的容积变为2L，此时CO平衡常为                 ， 若温度不变，再加入1.0mol CO后重新达到平衡，CO的平衡转化率         （填“增大”、“不变”或“减小”）．
③保持容积为2L不变，温度100℃不变，向反应室3中再通入0.2mol CO与0.4mol H₂，CO的平衡转化率      （填“增大”、“不变”或“减小”）．

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（2）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（3）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                              。

（本题共12分）二甲醚被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上常采用甲醇气相脱水法来获取。其反应方程式为：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)
完成下列填空：
28、有机物分子中都含碳元素，写出碳原子最外层电子的轨道表示式               ；
写出甲醇分子中官能团的电子式                 。
29、碳与同主族的短周期元素相比，非金属性较强的是         （填元素符号）。写出一个能证明你的结论的化学方程式                                     。
30、在温度和体积不变的情况下，能说明反应已达到平衡状态的是      （选填编号）
a.CH₃OH的消耗速率与CH₃OCH₃的消耗速率之比为2：1
b.容器内压强保持不变
c.H₂O(g）浓度保持不变
d.气体平均相对分子质量保持不变
31、一定温度下，在三个体积约为2.0 L的恒容密闭容器中发生上述反应：

容器 编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
CH3OH(g)	CH3OCH3(g)	H2O(g)
I	387	0.40	0.16	0.16
Ⅱ	387	0.80	a
Ⅲ	207	0.40	0.18	0.18

（1）若要提高CH₃OH的平衡转化率，可以采取的措施是      （选填编号）。
a.及时移走产物       b.升高温度      c.充入CH₃OH      d.降低温度
（2）I号容器内的反应经过t min达到平衡，则CH₃OH的平均反应速率为             （用含t的式子表示）。II号容器中a =           mol。
32、若起始时向容器I中充入CH₃OH 0.2mol、CH₃OCH₃ 0.30mol和H₂O 0.20mol，则反应将向          （填“正”“逆”）反应方向进行。

“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）

工业常用燃料与水蒸气反应制备H₂和CO， 再用H₂和CO合成甲醇。
（1）制取H₂和CO通常采用：C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂(g)  △H＝+131.4 kJ·mol^-1，下列判断正确的是        。
a．该反应的反应物总能量小于生成物总能量
b．标准状况下，上述反应生成1L H₂气体时吸收131.4 kJ的热量
c．若CO(g)+H₂(g)C(s)+H₂O(1)  △H＝－QkJ·mol^-1，则Q＜131.4
d．若C(s)+CO₂(g)2CO(g)  △H₁；CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)  △H₂则：△H₁+△H₂＝+131.4 kJ·mol^-1
（2）甲烷与水蒸气反应也可以生成H₂和CO，该反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)
已知在某温度下2L的密闭绝热容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，测得的数据如下表：

	不同时间各物质的物质的量/mol
0 min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根据表中数据计算：
①0 min~2min内H₂的平均反应速率为       。
②达平衡时，CH₄的转化率为      。在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比      （填“变大”、“变小”或“不变”），可判断该反应达到新平衡状态的标志有______。（填字母）
a．CO的含量保持不变               
b．容器中c(CH₄)与c(CO)相等
c．容器中混合气体的密度保持不变      
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂）
（3）合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇（CH₃OH），常用向废液中加入硫酸钴，再用微生物电池电解，电解时Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，达到除去甲醇的目的。工作原理如下图（c为隔膜，甲醇不能通过，其它离子和水可以自由通过）。

①a电极的名称为              。
②写出除去甲醇的离子方程式                               。
③微生物电池是绿色酸性燃料电池，写出该电池正极的电极反应式为                  。