高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。
（1）已知：CH₄、H₂和CO的燃烧热（△H）分别为－890．3kJ/mol、－285．8kJ/mol和－283．0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44．0kJ。用1 m³（标准状况）的甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气所需的热量为               （保留整数）。
（2）在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0．40mol CH₄和0．60mol H₂O（g），测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

物质浓度 时间/min	0	1	2	3	4
CH4	0.2mol·L^－1	0.13 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.09 mol·L^－1
H2	0 mol·L^－1	0.2 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.33 mol·L^－1

①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数K                   。
②3min时改变的反应条件是                       （只填一种条件的改变即可）。
（3）已知温度、压强、投料比X[n（CH₄）/n（H₂O）]对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁         X₂（填“=”、“>”或“<”下同）。
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₁         P₂。
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：
①放电时，负极的电极反应式为                                            。
②设装置中盛有100．0mL 3．0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为               。

（1）N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－94.4kJ·mol^－1。恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图示。

①在1L容器中发生反应，前20min内，v(NH₃)=         ，放出的热量为        ；
②25min时采取的措施是                                     ；
③时段III条件下，反应的平衡常数表达式为                （用具体数据表示）。
（2）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃(g)+6NO(g)5N₂(g)+6H₂O(g)   △H<0，副反应②：2NH₃(g)+8NO(g)5N₂O(g)+3H₂O(g) △H＞0。平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如右图。请回答：在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是                                                          ，导致这种规律的原因是                                                 （任答合理的一条原因）。

（3）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，则负极电极反应式为                                   。

一定条件下合成乙烯：
6H₂（g）＋2CO₂（g）CH₂＝CH₂（g）＋4H₂O（g）        △H₁
已知：2H₂（g）＋O₂（g）＝2 H₂O（g）       △H₂＝－480 kJ•mol^-1
CH₂＝CH₂（g）＋3O₂（g）＝2CO₂（g）＋2 H₂O（g）     △H₃＝－1400 kJ•mol^-1
（1）△H₁＝              。请标出该反应电子转移的方向和数目                     。
（2）温度对CO₂的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法正确的是              。

A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）
B．平衡常数：K_M ＞K_N
C．催化剂会影响CO₂的平衡转化率
（3）若投料比n（H₂）∶n（CO₂）＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为                 （保留两位有效 数字）。
（4）为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施有                 （任写一条）。
（5）电解法可制取乙烯（下图），电极a接电源的           极，该电极反应式为                    。

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：
CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)   ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)  ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是                 。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。
② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____          ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有         mol 电子发生转移。

在2014年国家科学技术奖励大会上，甲醇制取低碳烯烃技术(DMTO)获国家技术发明奖一等奖。DMTO主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段。
（1）煤的气化：用化学方程式表示出煤的气化的主要反应________________________：
（2）煤的液化：下表中有些反应是煤液化过程中的反应:

①a__________0（填“>”、“<”、“=”），c与a、b之间的定量关系为__________。
②K₃=__________，若反应③是在容积为2 L的密闭容器巾进行(500℃)的，测得某一时刻体系内物质的量分别为6 mol、2 mol、10 mol、10 mol，则此时CH₃OH的生成速率(填“>”、“<”、“=”) CH₃OH的消耗速率。
（3）烯烃化阶段：如图l是某工厂烯烃化阶段产物中乙烯、丙烯的选择性与温度、压强之间的关系（选择性：指生成某物质的百分比，图中I、Ⅱ表示乙烯，Ⅲ表示丙烯）。

①为尽可能多地获得乙烯，控制的生产条件为__________。
②一定温度下某密闭容器中存在反应, 。在压强为P₁时，产物水的物质的量与时间的关系如图2所示，若t₀时刻，测得甲醇的体积分数为10%，此时甲醇乙烯化的转化率为_________（保留三位有效数字），若在t₁时刻将容器容积快速扩大到原来的2倍，请在图中绘制出此变化发生后至反应达到新平衡时水的物质的量与时问的关系图。

可逆反应2NO₂2NO+O₂在体积不变的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是
①单位时间内生成n molO₂的同时生成2n mol NO₂
②单位时间内生成n molO₂的同时生成2n mol NO
③用NO₂、NO、O₂的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2 : 2 : 1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态     ⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A．①④⑥

B．②③⑤

C．①③④

D．①②③④⑤

“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                  。