高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(14 分)碳及其化合物应用广泛。
I．工业上利用CO和水在沸石分子筛表面反应制氢气，CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
（1）向 1L恒容密闭容器中注入CO和H₂O（g），830^oC时，测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n(H2O)/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

则该温度下反应的平衡常数K=    
（2）相同条件下，向 1L恒容密闭容器中，同时注入1molCO、1molH₂O(g)、2molCO₂和2molH₂，此时
v（正）      v（逆）（填“＞”“＝”或“＜”）
II．已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)        △H₁=－141kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)               △H₂=－484kJ·mol^－1
CH₃OH（l）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₃=－726kJ·mol^－1
（3）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为                             
Ⅲ．一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示。

（4）写出电极A的电极反应式      ，放电过程中，溶液中的CO₃^2-将移向电极       （填A或B）
（5）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mol Cl₂，则至少需通入O₂的体积为     L（标准状况）

已知合成氨的热化学方程式为：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)ΔH= -92.2KJ·mol^－1，下表是合成氨反应在某温度下2.0L的密闭容器中进行时，测得的数据：

根据表中数据计算：
（1）反应进行到2小时时放出的热量为          KJ。
（2）1小时内N₂的平均反应速率为         
（3）此条件下该反应的化学平衡常数K=           (保留两位小数)。
（4）反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入1.50mol N₂、4.50mol H₂，化学平衡向           方向移动（填“正反应”或“逆反应”或“不移动”），达新平衡时，H₂物质的量与原平衡相比          ，NH₃的体积分数与原平衡相比            （填“增大”或“减小”或“不变”）。

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍关注
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）    △H＝－49．0kJ/mol
测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

①反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）＝_________________mol/（L·min），
②H₂的转化率为  ____________。
③下列措施中能使n（CH₃OH）／n（CO₂）增大的是___________。

A．升高温度

B．充入He（g），使体系压强增大

C．将H2O（g）从体系中分离

D．再充入1mol CO2和3mol H2

E、使用催化剂                    
F、缩小容器体积
（2）①反应进行到3 min时，同种物质的v_正 与v_逆的关系: v_正     v_逆 （填＞，＝，＜）
②上述反应平衡常数的表达式为          ，经计算该温度下此反应平衡常数的数值为        。

恒温恒容时，向体积为2.0L密闭容器中充入1.0 molPCl₅，反应PCl₅(g) PCl₃(g)＋Cl₂(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s	0	50	150	250	350
n(PCl3)/ mol	0	0.16	0.19	0.20	0.20

下列说法正确的是
A．反应在前50 s的平均速率为v(PCl₃)="0.0016" mol·L^－1·s^－1
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时，c(PCl₃)="0.12" mol·L^－1,则反应的△H＜0
C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0mol PCl₅、0.20mol PCl₃和0.20molCl₂，达到平衡前v(正)＞v(逆)
D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0mol PCl₃、2.0mol Cl₂，达到平衡时，PCl₃的转化率小于80%

二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。
（1）已知：CH₄（g） + 2O₂（g）＝CO₂（g） + 2H₂O（g） ΔH₁＝ a kJ•mol^－1
CO（g） + H₂O （g）＝CO₂（g） + H₂（g）  ΔH₂＝ b kJ•mol^－1
2CO（g） + O₂（g）＝2CO₂（g）         ΔH₃ ＝ c kJ•mol^－1
反应CO₂（g） + CH₄（g） ＝ 2CO（g） + 2H₂（g） 的ΔH＝          kJ•mol^－1。
（2）利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，反应方程式为：CO₂＋3H₂ CH₃OH＋H₂O其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO₂的转化率随反应温度的变化如图１所示。
①a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。
②c点CO₂的转化率高于b点，原因是_____________________________________。

（3）在实际生产中发现，随着甲醇的生成，还伴随有少量CO副产物出现：
，且CO₂的转化率、甲醇的产率和CO含量除受浓度、度、压强等因素影响外，还受催化剂CuO的质量分数、气体混合物在反应锅炉内的流动速率影响（用空间流率表示）。通过实验分别得到如下数据图2、3：

①由图2得，最佳空间流率为       h^-1；
②在其他条件不变的前提下调整催化剂配比，并记录到达平衡所需的时间，得到如下表数据，试说明不选择单组份ZnO原因是                            。

（4）用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）  C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图4所示：

①该进行的反应的△S       0（填：“>”或“<”）
②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则该反应的K_P＝                。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是              （列举2项）。

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂)排放量减少8%，氮氧化物（NOx)排放量减少10%.目前，消除大气污染有多种方法.
（1）处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx.已知：
CH₄（g)+4NO₂（g)=4NO（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)   △H=－574kJ·mol^－1
CH₄（g)+4NO（g)=2N₂（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)   △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                        .
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：
2NO（g)+2CO（g)N₂（g)+2CO₂（g)；△H＜0.若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图所示，该反应的化学平衡常数为K=       .

若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将      移动（填“向左”、“向右”或“不”）.
20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是         （填序号）.
①加入催化剂      ②降低温度
③缩小容器体积    ④增加CO₂的量
（3）肼（N₂H₄）用亚硝酸氧化可生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977.写出肼与亚硝酸反应的化学方程式               .
（4）如图所示装置可用于制备N₂O₅，则生成N₂O₅的那一极电极反应式为                  .

(14分)雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5在内）、氮氧化物（NOx）、CO、SO₂等。化学在解决雾霾污染中有着重要的作用。
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）       ΔH=－196.6 kJ·mol^－1
2NO（g）+O₂（g）2NO₂（g）           ΔH=－113.0 kJ·mol^－1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）   ΔH=      kJ·mol^－1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1:2置于恒温恒容的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有         。
a．体系密度保持不变            
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1 mol SO₃的同时生成1 mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1:5，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所示。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）下图是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为H₂O和     （填化学式）。
②当消耗1 mol NH₃和0.5 molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为        L。
（4）NO直接催化分解（生成N₂和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所示，写出NO分解的化学方程式                    。

(15分)目前工业合成氨的原理是N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＝一93．0kJ·mol^-1
（1）已知一定条件下：2N₂(g)＋6H₂O(l)4NH₃(g)＋3O₂(g) △H＝十l 530.0kJ·mol^一1。则氢气燃烧热的热化学方程式为                                 。
（2）如图，在恒温恒容装置中进行合成氨反应。

①表示N₂浓度变化的曲线是          。
②前25 min内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是                    。
③在25 min末刚好平衡，则平衡常数K＝                         。
（3）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是                    。

A．气体体积不再变化，则已平衡

B．气体密度不再变化，尚未平衡

C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动

D．平衡后．压缩容器，生成更多NH3

（4）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃(g)＋6NO(l)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图。

请回答：在400～600 K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)。
（5）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质溶液，电池反应为4NH₃（g）+3O₂＝2N₂+6H₂O。则负极电极反应式为                       。
（6）取28．70 g ZnSO₄·7H₂O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如下图所示。680℃时所得固体的化学式为      (填字母序号)。

a．ZnO       b．Zn₃O(SO₄)₂        c．ZnSO₄       d．ZnSO₄·H₂O

（原创）化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：
a.NH₄I(s) NH₃(g)+HI(g)
b.2HI(g) H₂(g)+I₂(g)
则反应a的平衡常数表达式为_______；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄△H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是_____________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小

C．若反应在一绝热容器中进行，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为______极，其电极反应式为________________
②当有2.24 L NO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用_______（选填“阳”或“阴”）离子交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式______________________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有_________________________________ (任写一种)。

(14分)CO₂和H₂可用于合成甲醇和甲醚。
（1）已知①CH₃OH(l)＋O₂(g) ="=" CO₂(g)＋2H₂O(l)   ΔH＝－725.5 kJ·mol^－1
②H₂(g)＋O₂(g) ="=" H₂O(g)  ΔH ＝－241.8 kJ·mol^－1
③H₂O(g) ="=" H₂O(l)   ΔH ＝－44 kJ·mol^－1
则工业上以CO₂(g)、H₂(g)为原料合成CH₃OH(l)，同时生成H₂O(l)的热化学方程式为_______。
（2）将CO₂转化为甲醚的反应原理为2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)
已知在投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，不同温度、不同压强时，CO₂的转化率见下表：

①下列关于上述可逆反应的说法正确的是

A．在恒温、恒容的密闭容器中，当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态

B．当v正(CO2)=" 3" v逆(H2)，反应达平衡状态

C．当n(CO2):n(H2)=1：3时，反应达平衡状态

D．a > 60%

②上述反应的化学平衡常数的表达式为__________。
③该反应的ΔH       0，原因是                       。
④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，反应达平衡状态时H₂的转化率为         ，混合气体中CO₂的体积分数为             。
（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：放电时，负极的电极反应式为            。

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。
已知：①2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)ΔH=-566.0kJ/mol
②S(s)+ O₂(g)=SO₂(g)ΔH=-296.0kJ/mol
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业土用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g) +H₂(g)。已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为_________，H₂的平均生成速率为         mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为___________反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的___________极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g)   △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L^－1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃时，该反应的平衡常数K＝                    （保留两位小数）。
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是             。
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的
△H           0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（2）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－574 kJ·mol^－1
②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H＝－1160 kJ·mol^－1
③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1
写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O（1）的热化学方程式                。
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为                              。

（4）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有         (写出其中两种形式即可)。
②电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为                    。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：CH₄(g) + H₂O(g)CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________。
III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s)5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = _________________________。
（6）下列说法不正确的是____________________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd

IV．（7）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，其原理用电解总离子方程式解释是_____________。

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

反应	大气固氮 N2(g)+O2(g)2NO(g)	工业固氮 N2(g)+3H2 (g)2NH3(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10^8	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于__________（填“吸热”或“放热”）反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因__________。
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N₂的平衡转化率在不同压强（р₁、р₂）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________（填“A”或“B”）；比较р₁、р₂的大小关系_________。

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是                   。

（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂(g)+6H₂O(1)4NH₃(g)+3O₂(g)，则其反应热ΔH＝___________________。
（已知：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－92.4kJ·mol^－1
2H₂(g) +O₂(g)2H₂O(l)   △H＝－571.6kJ·mol^－1 ）

光气(COCl₂)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl₂在活性炭催化下合成。
（1）COCl₂的分解反应为COCl₂(g)Cl₂(g)+CO(g)ΔH="+108" kJ·mol^-1。反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示(第10 min到14 min的COCl₂浓度变化曲线未示出):

①计算反应在第8 min时的平衡常数K=          ;
②比较第2 min反应温度T（2）与第8 min反应温度T（8）的高低:T（2）        T（8）(填“<”、“>”或“=”);
③若12 min时反应于温度T（8）下重新达到平衡,则此时c(COCl₂)=          mol·L^-1;
④比较产物CO在2 min～3 min、5 min～6 min和12 min～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小          ;
⑤比较反应物COCl₂在5 min～6 min和15 min～16 min时平均反应速率的大小:v(5～6)      v(15～16)(填“<”、“>”或“=”),原因是                        。
（2）常温下，如果取0.1mol·L^-1HA溶液与0.1mol·L^-1NaOH溶液等体积混合(混合后溶液体积的变化忽略不计)，测得混合液的pH=8。
①混合液中由水电离出的OH^-浓度与0.1mol·L^-1NaOH溶液中由水电离出的OH^-浓度之比为      ；
②已知NH₄A溶液为中性，又知将HA溶液加到Na₂CO₃溶液中有气体放出，试推断 (NH₄)₂CO₃溶液的pH   7(填“<”、“>”或“=”)；相同温度下，等物质的量浓度的下列四种盐溶液按pH由大到小的排列顺序为(填序号)                 。
a、NH₄HCO₃        b、NH₄A         c、(NH₄)₂CO₃        d、NH₄Cl