高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响填空题

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。

二甲醚具有优良的燃烧性能，被称为21世纪的“清洁能源”，以下为其中一种合成二甲醚的方法：在一定温度、压强和催化剂作用下，在同一反应器中进行如下反应：
①CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g） ＋H₂O（g）    △H₁＝－49.1 kJ·mol^－1
②2CH₃OH（g）CH₃OCH₃（g）＋H₂O（g）         △H₂＝－24.5 kJ·mol^－1
③CO₂（g）＋H₂（g） CO(g)＋H₂O（g）           △H₃＝+ 41.2 kJ·mol^－1
（1）写出CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式是       。
（2）一定条件下，原料气中n（H₂）/n（CO₂）比值和温度对CO₂转化率影响的实验数据如下图。

①温度为T₁ K时，在1 L反应容器中投入2mol CO₂ 和8mol H₂进行反应，试计算达到平衡时CO₂的浓度为                       。
②结合数据图，归纳CO₂平衡转化率受外界条件影响的变化规律：
a                                                                        。
b                                                                        。
（3）为研究初始投料比与二甲醚产率关系，在一定温度和压强下，投入一定物质的量的H₂、CO、CO₂进行试验，实验发现二甲醚的平衡产率随原料气中n（CO）/〔n（CO）+n（CO₂）〕比值增大而增大，试分析其原因                。
（4）下图是科学家现正研发的，以实现反应①在常温常压下进行的装置。

写出甲槽的电极反应                                     。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g)   △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ =" +172.5" kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH      0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其发生可逆反应的方程式为              。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，请写出该电极反应的方程式为            。

2015年3月，全国“两会”代表委员就我国“雾霾”治理积极建言献策。科学家研究表明氮氧化物与悬浮在大气中的盐粒子相互作用时能产生“二次雾霾”，涉及的反应有：
2NO₂(g)＋NaCl(s)NaNO₃(s)＋ClNO(g)     K₁ （Ⅰ）
2NO(g)＋Cl₂(g)2ClNO(g)               K₂ （Ⅱ）
回答下列问题：
（1）写出反应（Ⅰ）的平衡常数表达式K₁ ＝                  。
（2）恒温恒容条件下，反应（Ⅱ）达到平衡的标志是           。
a．体系压强保持不变          
b．混合气体颜色保持不变
c．NO和ClNO的物质的量相等  
d．每消耗0.1 mol NO的同时消耗0.05 mol Cl₂
（3）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，恒温时向2 L密闭容器中加入 0.2 mol NO和0.1mol Cl₂：
①在恒容条件下反应10 min达到平衡，测得10 min内v(ClNO)＝7.5×10^－3 mol·L^－1·min^－1，
则NO的平衡转化率α₁＝        。
②在恒压条件下建立平衡时NO的转化率为α₂，则α₂    α₁（填“＞”“＜”
或“＝”），平衡常数K₂       （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）工业上可通过电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，阴极反应式为                ；为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充气体物质A，A的化学式是_________。

（5）NO₂可助偏二甲肼（C₂H₈N₂）燃烧，产生的巨大能量能把火箭送入太空。已知6.0g液态偏二甲肼与液态NO₂完全反应生成N₂、CO₂、H₂O(g)放出225.0kJ的热量。写出该反应的热化学方程式               。

（1）工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气，反应为甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下生成一氧化碳和氢气，有关反应的能量变化如图1：

则该反应的热化学方程式_____________________________________。
（2）已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图2，请回答：

①图26-2中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线，其中表示1Mpa的是________。
②该反应的平衡常数：600 ℃时________700 ℃(填“>”“<”或“＝”)。
③已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH₄与1 mol H₂O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡(如图3)，此时CH₄的转化率为________________，该温度下反应的平衡常数为______________(结果保留小数点后一位数字)。
④从图3分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是_____________(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)，采取的措施可能是_____________________。
（3）以N₂、H₂为电极反应物，以HCl－NH₄Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中铵根离子浓度逐渐增大。写出该电池的正极反应式：_________________。

(15分)化合物AX₃和单质X₂在一定条件下反应可生成化合物AX₅，该反应不能彻底。回答下列问题：
（1）已知AX₃的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX₅的熔点为167 ℃。室温时AX₃与气体X₂反应生成lmol AX₅时，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为                     。
（2）一定条件下，反应AX₃(g)＋X₂(g)AX₅(g)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX₃和X₂均为0.2 mol。反应在不同条件下进行a、b、c三组实验，反应体系总压强随时间的变化如图所示。

①用P₀表示开始时总压强，P表示平衡时总压强，用α表示AX₃的平衡转化率，则α的表达式为          。由此计算实验c中 AX₃的平衡转化率：α_c为            。若在实验a中再加入0.1mol AX₅，再次达平衡后AX₃的平衡转化率将         。（填“增大、减小或不变”）
②下列不能说明反应达到平衡状态的是           。

A．混合气体的平均相对分子质量保持不变

B．混合气体密度保持不变

C．体系中X2的体积分数保持不变

D．每消耗1 mol AX3的同时消耗1 mol AX5

③计算实验a从反应开始至到达平衡v(AX₅)化学反应速率为     mol/(L·min)。（保留2位有效数字）
④图中3组实验从反应开始至到达平衡时的化学反应速率v(AX₅)由大到小的次序为         (填实验序号)；与实验a相比，其他两组改变的实验条件是：b              、c             。该反应在实验a和实验c中的化学平衡常数的大小关系是K_a      K_c(填“>、< 或 =”)，其中K_c=             （注意标明单位，且保留小数点后1位）。

(14分)工业上可以利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，反应方程式为：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O。请回答下列问题：
（1）已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式__               _。
（2）如果只改变一个条件使上述反应方程式的平衡常数K值变大，则该反应__     （选填编号）。

A．一定向正反应方向移动

B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小

C．一定向逆反应方向移动

D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

（3）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所示。

①在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是________。
②a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。
③c点CO₂的转化率高于b点，原因是________。
（4）若反应的容器容积为2.0L，反应时间4.0 min，容器内气体的密度减少了2.0g/L，在这段时间内CO₂的平均反应速率为           。反应在t₁时达到平衡，过程中c(CO₂)随时间t变化趋势曲线下图所示。保持其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，请在图中画出t₁后c(CO₂)随时间t变化趋势曲线(假定t₂时刻达到新的平衡)。

CO是水煤气的主要成份之一，是一种无色剧毒气体，根据信息完成下列各题
Ⅰ、已知下列热化学方程式
2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)   △H = -221kJ/mol
C(s) + O₂(g) = CO₂(g)    △H = -393kJ/mol
24g单质碳在不足量的O₂中燃烧时，生成等物质的量的CO和CO₂气体，则和24ｇ单质碳完全燃烧生成CO₂相比较，损失热量_________kJ
Ⅱ、850℃时，在10L体积不变的容器中投入2molCO和3molH₂O，发生如下反应：
CO(g) + H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)
当CO的转化率达60%时，反应达平衡
（1）850℃时，该反应的平衡常数为_________
（2）该条件下，将CO和H₂O都改为投入2mol，达平衡时，H₂的浓度为_________mol/L，下列情况能说明该反应一定达平衡的是_________

A．CO和H2O蒸气的浓度之比不再随时间改变

B．气体的密度不再随时间改变

C．CO和CO2的浓度之比不再随时间改变

D．气体的平均摩尔质量不再随时间改变

Ⅲ、为防止CO使人中毒，一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇——氧化钠，其中O^2-可以在固体NASICON中自由移动，则：

（1）该原电池中通入CO的电极为_________极，该电极的电极反应式为___________________
（2）通空气一极的电极反应式为____________________________________

氮化铝(AlN)广泛应用于集成电路，其制备原理是将氧化铝与碳粉混合均匀，在持续流动的氮气流中加热至1750℃，发生如下反应：

（1）断开N2分子内的共价键要     热量（填“吸收”或“放出”）
（2）分析反应②对①、③平衡移动的影响     。
（3）Al₂O₃、C、N₂合成AlN的平衡常数表达式K＝           。
（4）用蒸馏法测定产品中AlN的含量，装置如下（加热及夹持装置略）：

①AlN与NaOH溶液反应产生NH₃的化学方程式是            。
②锥形瓶内吸收NH₃的离子方程式是            。
③检验NH₃是否完全蒸出的方法是：另取少量蒸馏出的溶液，     （将检验过程补充完整）。
④NH₃完全吸收后，向锥形瓶中加入指示剂，用浓度为c(（N aOH）mol/L的NaOH标准溶液滴定过量的H₂SO₄，终点时用去标准溶液的体积为。下面有关计算正确的是     。
A．样品中AlN的质量：
B．AlN的质量分数：
C．锥形瓶吸收NH₃的物质的量：

某温度时，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如图所示：

（1）X的转化率是________；
（2）由图中所给数据进行分析，该反应的化学方程式为______；
（3）反应从开始至2分钟末，用Z的浓度变化表示的平均反应速率为v(Z)＝________；
（4）当反应进行到第________min，该反应达到平衡。

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO₂和NH₃为原料合成尿素是固定和利用CO₂的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）      △H₁=－159．47kJ·mol^－1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）     △H₂=+72．49kJ·mol^－1
总反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）     △H₃=－86．98kJ·mol^－1
请回答下列问题：
（1）下列示意图中，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是        。

[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示H₂NCOONH₄（s），c表示CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）]
反应Ⅲ在           （填“较高温度”或“较低温度”）下能自发进行。
（2）反应中影响CO₂转化率的因素很多，下图甲为一定条件下，不同水碳比n（H₂O）/n（CO₂）和温度影响CO₂转化率变化的趋势曲线。

①其他条件相同时，为提高CO₂的转化率，生产中可以采取的措施是     （填“提高”或“降低”）水碳比。
②当温度高于190℃后，CO₂转化率出现如图甲所示的变化趋势，其原因是                。
（3）根据反应Ⅰ，在恒定温度下，将氨气和二氧化碳按2:1的物质的量之比充入体积为10L的密闭容器中（容器体积不变，固体体积忽略不计），经20min达到平衡，反应物浓度的变化曲线如图乙所示，若保持温度和体积不变，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，请在图乙中画出25～45min内氨气的浓度变化曲线。
（4）尿素在土壤中会发生反应CO（NH₂）₂+2H₂O（NH₄）₂CO₃。
①下列物质中与尿素有类似性质的是         。

A．H2NCOONH4	B．HOCH2CH2OH
C．HOCH2CH2NH2	D．H2NOCCH2CH2CONH2

②已知电解质在水中的电离平衡常数（25℃）如下表：

弱电解质	H2CO3	NH3·H2O
电离平衡常数	=4．30×10^－7 =5．60×10^－117	=5．60×10^－117

则常温下0．1mol·L^－1的（NH₄）₂CO₃溶液呈碱性的原因                               。

CO的应用和治理问题属于当今社会的热点问题。
（1）在实验室中以甲酸和浓硫酸混合加热制取CO，该反应的方程式是：__________；
（2）HCOOH的酸性略强于醋酸，是实验室制取CO的主要试剂，在0．1mol/L HCOOH溶液中，溶质分子和各种离子浓度由大到小的顺序为              。常温下，将0．2mol/L HCOOH和0．1mol/LNaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH<7，说明HCOOH的电离程度________HCOONa的水解程度(填“大于”或“小于”)。该溶液中c(HCOOH)-c(OH^-) +c(H⁺)=______mol/L
（3）已知：硫的燃烧热为296 kJ/mol；一氧化碳燃烧热为283 kJ/mol。为防止镍系催化剂中毒，工业上常用SO₂除去原料气中少量CO，生成物为固体S和CO₂。该反应的热化学方程式为       。
（4）光气(COCl₂)是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂(g)＋CO(g) COCl₂(g)制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线，如图为某次模拟实验研究过程中容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。回答下列问题：
     
①0～6 min内，反应的平均速率v(COCl₂)=               ；
②若保持温度不变，在第8 min 加入体系中的三种物质各3mol，则平衡           移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不移动”）；
③在恒温恒压条件下，若将初始投料浓度变为c(Cl₂)＝amol/L、c(CO)＝bmol/L、c(COCl₂)＝cmol/L，（a、b、c都大于0）则最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6 min时Cl₂的体积分数相同，则a、b、c三种物质的关系是________
④随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是          。（填“增大”、“减小”或“不变”）

PM2．5是连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤．机动车尾气等。因此，对PM2．5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。
（1）将PM2．5样本用蒸馏水处理制成待测试样。测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2-	NO3^-	Cl^-
浓度/mol•L^-1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM2．5试样的pH       。
（2）汽车尾气的排放是城市重要的污染源，尾气含有的NO会破坏臭氧层。利用催化技术可将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，其反应方程式为：2NO＋2CO=CO₂＋N₂．为探究某种催化剂对反应速率的影响，t℃时，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H___________0（填写“＞”、“＜”、“＝”）。
②前2s内的平均反应速率v（N₂）＝______________。
③在该温度下，反应的平衡常数K＝________________。
④假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。
A．选用更有效的催化剂    B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度   D．缩小容器的体积
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是      。

我国是个钢铁大国，钢铁产量为世界第一，高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。
I．已知：2CO（g）+ O₂（g）＝2CO₂（g），ΔH＝-566 kJ·mol^-1
2Fe（s）+ O₂（g）＝Fe₂O₃（s），ΔH＝-825．5 kJ·mol^-1
则CO还原Fe₂O₃反应的热化学方程式为：                                         。
Ⅱ．反应 Fe₂O₃（s）+ CO（g）Fe（s）+ CO₂（g）在1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1．0mol，反应经过l0min后达到平衡。
（1）反应到10min时，用CO₂表示该反应的速率为            ，CO的平衡转化率=____________，平衡后再分别加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各0．4mol，则正反应速率       逆反应速率（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（2）欲提高CO的平衡转化率，促进Fe₂O₃的转化，可采取的措施是________．
a．降低反应温度             
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂         
d．及时吸收或移出部分CO₂
e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ．高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），请根据图示回答下列问题：

（1）若在温度和容器相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

容器	反应物投入的量	反应物的 转化率	CH3OH的浓度	能量变化 （Q1、Q2、Q3均大于0）
甲	1molCO和2molH2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1molCH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2molCO和4molH2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是________．
A．c₁=c₂
B．2Q₁=Q₃     
C．2a₁=a₃   
D．a₁+a₂=1
E．该反应若生成1molCH₃OH，则放出（Q₁+Q₂）kJ热量
（2）若在一体积可变的密闭容器中充入lmolCO、2molH₂和1molCH₃OH，达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1．6倍，则该反应向________（填“正”、“逆”）反应方向移动。
（3）甲醇可与氧气构成燃料电池，该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液，写出该电池的负极反应式______________________，若电解质溶液为酸性，写出正极反应式_________________。

（1）氨气是一种重要的化工原料，合成氨的原料气之一H₂可通过反应：
CH₄（g）+H₂O（g）CO₂（g）+3H₂（g） △H＝+161．1KJ/mol获取。已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图1，请回答：

①图-1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线，其中表示1Mpa的是________。
②已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH₄与1 mol H₂O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡（如图2），该温度下反应的平衡常数为______________（结果保留小数点后一位数字）。
③从图2分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是_________（填“向正反应方向”或“向逆反应方向”），采取的措施可能是_____________________。
（2）工业上用NH₃和CO₂反应可合成尿素：
2NH₃（g）+ CO₂（g）CO（NH₂）₂（g）+ H₂O（g）△H₁＝—536．1 kJ/mol。
①其他条件不变，下列方法能同时提高化学反应速率和尿素产率的是          。

A．通入氦气	B．缩小体积
C．加入催化剂	D．除去体系中的水蒸气

②尿素可用于处理汽车尾气。CO（NH₂）₂（g）与尾气中NO反应生成CO₂、N₂、H₂O（g）排出。
又知：4NH₃（g）+  6NO（g）＝ 5N₂（g） +  6H₂O（g）   △H₂＝-1806．4 kJ/mol，
写出CO（NH₂）₂（g）与NO反应的热化学方程式            。
（3）美国Simons等科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂作为电极、加入碱性电解质溶液，其电池反应为 4NH₃＋3O₂＝2N₂＋6H₂O。
①写出该燃料电池的正极反应式                               。
②若用该燃料电池产生的电能在铁皮上镀锌（制白铁皮），某铁皮上现需要镀上9．75g锌，理论上至少需要消耗标准状况的氨气            L。