高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(14分)
含硫化合物在工业生产中有广泛的用途。
（1）对于可逆反应2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) △H＜0，下列研究目的和图示相符的是       
（填序号）

序号	A	B	C	D
目的	压强对平衡的影响	温度对转化率的影响	增加O2浓度对速率的影响	浓度对平衡常数的影响
图示

（2）在500⁰C有催化剂存在的条件下，向容积为2L的甲乙两个密闭容器中均充入2molSO₂和1molO₂。甲保持容积不变，乙保持压强不变，充分反应后，均达平衡状态，此时SO₃的体积分数甲
      乙。（填“>”“<”或“="”" ）
（3）向2L的甲容器中充入2molSO₂、1molO₂，测得SO₂的平衡转化率与温度的关系如下图所示。

Ⅰ.在T₁温度下，反应进行到状态D时，v_正     v_逆。（填“>”“<”或“="”" ）
Ⅱ.T₃温度下，平衡时测得反应放出的热量为Q₁，在相同温度下若再向容器中通入2molSO₂、1molO₂，重新达到平衡，测得反应又放出热量Q₂ 。则下列说法中正确的是          。（填序号）
A．相同温度下新平衡时容器中的压强是原平衡时的两倍
B．Q₂一定大于Q₁
C．新平衡时SO₂的转化率一定大于80%
　
（4）在甲容器中充入一定量的SO₂和1.100molO₂，在催化剂作用下加热，当气体的物质的量减少0.315mol时反应达到平衡，此时测得气体压强为反应前的82.5%，则SO₂的转化率为                   。
　（5）若用氢氧化钠溶液吸收SO₂气体恰好得到酸式盐，已知该酸式盐溶液呈弱酸性，则溶液中各离子浓度由大到小的顺序为                           。（用离子浓度符号表示）
　（6）一定温度下，用水吸收SO₂气体，若得到pH=5的H₂SO₃溶液，则溶液中亚硫酸氢根离子和亚硫酸根离子的物质的量浓度之比为    　　          。（已知该温度下H₂SO₃的电离常数：K_a1=1.0×10^-2mol/L，K_a2=6.0×10^-3mol/L）

(14分)苯乙烯(C₆H₅CH=CH₂)是合成橡胶和塑料的单体，用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯等。工业上以乙苯(C₆H₅CH₂CH₃)为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯，反应方程式为：
C₆H₅CH₂CH₃(g)  C₆H₅CH=CH₂(g)＋H₂(g)   H
（1）已知：H₂和CO的燃烧热(H)分别为-285.8 kJ．mol和-283.0 kJ．mol；
C₆H₅CH₂CH₃(g)＋CO₂ (g) C₆H₅CH=CH₂(g)＋CO(g)＋H₂O(l)  H=＋114.8 kJ·mol^－1
则制取苯乙烯反应的H为_________
（2）向密闭容器中加入1 mol乙苯，在恒温恒容条件下合成苯乙烯，达平衡时，反应的能量变化为QkJ。下列说法正确的是 _________。

A．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大

B．若继续加入1 mol乙苯，苯乙烯转化率增大

C．压缩体积，平衡逆向移动，反应物浓度增大，生成物浓度减小

D．相同条件下若起始加入1 mol苯乙烯和1 mol氢气，

达平衡时反应能量变化为(H-Q)kJ
（3）向2 L密闭容器中加入1 mol乙苯发生反应，达到平衡状态时，平衡体系组成(物质的量分数)与温度的关系如图所示。700时，乙苯的平衡转化率为_______，此温度下该反应的平衡常数为 ______；温度高于970时，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是_________。

（4）含苯乙烯的废水排放会对环境造成严重污染，可采用电解法去除废水中的苯乙烯，基本原理是在阳极材料MOx上生成自由基MOx(OH)，其进一步氧化有机物生成CO₂，该阳极的电极反应式为_________，若去除0.5 mol苯乙烯，两极共收集气体_________mol。

甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度℃
500	800
①2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）CH3OH（g）+H2O（g）	K3

 
（1）反应②是           （填“吸热”或“放热”）反应。
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如下图所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K_（A）       K_（B）（填“>”、“<”或“＝”）。据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃＝      （用K₁、K₂表示）。

（3）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是            。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是            。

（4）甲醇燃料电池有着广泛的用途，同时Al—AgO电池是应用广泛的鱼雷电 池，其原 理 如右图所示。该电池的负极反应式是                        。

（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^－），用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为             。

可逆反应①X(g)+2Y(g)2Z(g)②2M(g)N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行，反应室之间有无摩擦、可滑动的密闭隔板。反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示（隔板两侧反应室温度相同）。下列判断正确的是：

A．反应①的正反应是吸热反应

B．达平衡（I）时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为14:15

C．达平衡（I）时X的转化率为5/11

D．在平衡（I）和平衡（II）中M的体积分数相同

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。

①写出该反应的热化学方程式：                       。
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．H₂的体积分数不变
c．c(H₂)=3c(CH₃OH)        d．容器中密度不变
e．2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂。
（2）人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料．下图是通过人工光合作用制备HCOOH原理的示意图。根据要求回答问题：

①该过程是将            转化为            。(以上两空选填“电能”“太阳能”“化学能”)
②催化剂b表面的电极反应方程式为                                      。
（3）某国科研人员提出了使用氢气和汽油（汽油化学式用C₈H₁₈表示）混合燃料的方案，以解决汽车CO₂的排放问题。该方案主要利用储氢材料CaH₂产生H₂和用汽油箱贮存汽油供发动机使用，储氢系统又捕集汽油燃烧产生的CO₂，该系统反应如下图所示：

解决如下问题：
①写出CaH₂的电子式                      。
②反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比是：              。
③如该系统反应均进行完全，试写出该系统总反应的化学方程式                 。

（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，生成NOx等污染大气．其中生成NO的能量变化示意图如右图：

①该反应的热化学方程式为                                     ．
②根据下图所示，只改变条件R，当N₂的转化率从a₃到a₁时，平衡常数K       ．

A．可能增大

B．一定不变

C．可能不变

D．可能减小

E．增大、减小、不变均有可能
（2）尿素（又称碳酰胺）是含氮量最高的氮肥，工业上利用CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素的反应分为：
第一步：2NH₃(g)＋CO₂(g)H₂NCOONH₄(氨基甲酸铵) (l)
第二步：H₂NCOONH₄(l) H₂O(g)＋H₂NCONH₂(l)
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为500 L的密闭容器中投入4 mol氨和1 mol二氧化碳，验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如图所示：

①合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定．
②反应进行到10 min时测得 CO₂ 的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v(CO₂)＝   mol/(L·min)．
③由氨基甲酸铵和CO₂曲线变化可得出关于浓度变化和平衡状态的两条结论是：
a．                                                      ；
b．                                                      ．

“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                  。