高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响实验题

酯是重要的有机合成中间体，广泛应用于溶剂、增塑剂、香料、黏合剂及印刷、纺织等工业。乙酸乙酯的实验室和工业制法常采用如下反应：
CH₃COOH＋C₂H₅OHCH₃COOC₂H₅＋H₂O
请根据要求回答下列问题：
（1）欲提高乙酸的转化率，可采取的措施有：__________、__________等。
（2）若用如图所示的装置来制备少量的乙酸乙酯，产率往往偏低，其原因可能为________、________等。

（3）此反应以浓硫酸为催化剂，可能会造成__________、__________等问题。
（4）目前对该反应的催化剂进行了新的探索，初步表明质子酸离子液体可用作此反应的催化剂，且能重复使用。实验数据如下表所示（乙酸和乙醇以等物质的量混合）。

同一反应时间		同一反应温度
反应温度/℃	转化率（%）	选择性（%）*		反应时间/h	转化率（%）	选择性（%）*
40	77.8	100		2	80.2	100
60	92.3	100		3	87.8	100
80	92.6	100		4	92.3	100
120	94.5	98.7		6	93.0	100

 
①根据表中数据，下列________（填字母）为该反应的最佳条件。
A．120 ℃，4 h     B．80 ℃，2 h
C．60 ℃，4 h  D．40 ℃，3 h
②当反应温度达到120 ℃时，反应选择性降低的原因可能为________。

(10分)已知可逆反应CO + H₂O(g)CO₂ + H₂，达到平衡时，
（1）830K时，若起始时：c (CO) =" 2" mol/L，c (H₂O) =" 3" mol/L，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的平衡转化率为              ；K值为              。
（2）830K，若只将起始时c (H₂O)改为6 mol/L，则水蒸气的平衡转化率为           。
（3）若830K时，起始浓度c (CO) =" a" mol/L，c (H₂O) =" b" mol/L，H₂的平衡浓度c (H₂) =" c" mol/L，
①a、b、c之间的关系式是               ②当a = b时，a =            c。

(14分)金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H₂SO₄(浓)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
（1）步骤I中发生反应的离子方程式：                 、                  。
（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。
25 ℃时，难溶电解质溶解度与pH关系如图，

TiO(OH)₂溶度积K_sp＝1×10^－29
①步骤Ⅲ加入铁屑原因  是          　        。
② TiO^2＋水解的离子方程式为                 。
向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是       。
当溶液pH=       时，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）TiCl₄→Ti反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于       ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）电解TiO₂制备钛的方法如图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO₂熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为       。

实验题：(共15分)
“酒是陈的香”，就是因为酒在储存过程中生成了有香味的乙酸乙酯，在实验室我们也可以用如图所示的装置制取乙酸乙酯。

回答下列问题：
（1）写出制取乙酸乙酯的化学反应方程式                                      
（2）在大试管中配制一定比例的乙醇、乙酸和浓硫酸的混合液的方法是                          。
（3）浓硫酸的作用是：①                  ；   ②                   。
（4）饱和碳酸钠溶液的主要作用是                                           
（5）装置中通蒸气的导管要插在饱和碳酸钠溶液的液面上，不能插入溶液中，目的是防止        。
（6）若要把制得的乙酸乙酯分离出来，应采用的实验操作是          。
（7）做此实验时，有时还向盛乙酸和乙醇的试管里加入几块碎瓷片，其目的是          。
（8）生成乙酸乙酯的反应是可逆反应，反应物不能完全变成生成物，反应一段时间后，就达到了该反应的限度，也即达到化学平衡状态。下列描述能说明乙醇与乙酸的酯化反应已达到化学平衡状态的有(填序号)       。
①单位时间里，生成1mol乙酸乙酯，同时生成1mol水
②单位时间里，生成1mol乙酸乙酯，同时生成1mol乙酸
③单位时间里，消耗1mol乙醇，同时消耗1mol乙酸
④正反应的速率与逆反应的速率相等
⑤混合物中各物质的浓度不再变化

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用。
（1）下图是1mol NO₂气体和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，请写出NO₂气体和CO反应的热化学方程式：               。

（2）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应： N₂(g) +3H₂(g)2NH₃(g)；
①下列各项能说明该反应一定达到平衡状态的是     （填字母）
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2     b．v(H₂)_(逆) =₎3v(N₂)_(正)
c．容器内压强保持不变                       d．混合气体的密度保持不变
②若上述反应达到平衡时，N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1:3:2，再向容器中按物质的量之比为1:3:2通入N₂、H₂、NH₃，与原平衡相比，N₂的物质的量浓度      （填增大、不变或减小，下同），NH₃的体积分数      。
（3）科学家一直致力研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。请回答下列问题：
目前工业合成氨的原理是：N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）；△H<0。
①下图表示随条件改变，平衡混合气体中氨气的百分含
量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是（选填字母序号，下同）_____________；当横坐标为温度时，变化趋势正确的是_________________。

②液氨与水相似，存在着微弱的电离，写出液氨发生电离的方程式： ___________________________

1 000 ℃时，在密闭容器中加入一定量的Na₂SO₄固体使其发生以下反应达到平衡：
Na₂SO₄（s）+4H₂（g）Na₂S（s）+4H₂O（g）；ΔH>0
若反应在恒温恒容状态下进行，回答以下问题：
（1）向容器中分别加入以下物质，判断对平衡有无影响，有影响的应填写出平衡移动的方向。
①加入
Na₂SO₄___________________________________________________________________。
②加入焦炭
_____________________________________________________________________。
（2）若将容器温度升高20 ℃，H₂在混合气体中的含量变化用下图中______图表示最合适。

在一容积为2 L的密闭容器中加入2 molA和3 molB，保持温度为30℃，在催化剂存在的条件下进行下列反应： ，达到平衡后生成1．2 mol C，此时，平衡混合气中C的体积分数为ω；若将温度升高到70℃后，其他条件均不变，当反应重新达到平衡时，C的物质的量为2．1 mol。
请回答下列问题，
（1）该反应的平衡常数K随温度升高而          （填“增大”、“减少”或“不变”），该反应的焓变△H      0（填“>”、“<”或“=”）。
（2）30℃时，平衡混合气中C的体积分数ω=             ，A物质的转化率与B物质的转化率之比为      。
（3）30℃时，若在同一容器中加入3 molA、4 molB和    molC，则平衡混合气中C的体积分数仍为ω，此时平衡时体系中A的物质的量浓度为         mol·L^－1。

CuCl₂溶液有时呈黄色，有时呈黄绿色或蓝色，这是因为在CuCl₂的水溶液中存在如下平衡：[Cu(H₂O)₄]²⁺+4C1^一 [CuCl₄]^2- +4H₂O
蓝色                 黄色
现欲使溶液由黄色变成黄绿色或蓝色，请写出两种可采用的方法
⑴                            
⑵                            。

工业上设计将VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂杂质除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

请回答下列问题：
（1）步骤①所得废渣的成分是           （写化学式），操作I的名称      。
（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）：
R₂(SO₄)_n (水层)+ 2nHA（有机层）2RA_n（有机层） + nH₂SO₄  (水层) 
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是                            。
③中X试剂为                   。
（3）⑤的离子方程式为                        。
（4）25℃时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

pH	1．3	1．4	1．5	1．6	1．7	1．8	1．9	2．0	2．1
钒沉淀率%	88．1	94．8	96．5	98．0	98．8	98．8	96．4	93．1	89．3

结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为          ；
若钒沉淀率为93．1%时不产生Fe(OH)₃沉淀，则溶液中c(Fe³⁺)<             。
(已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)₃]=2．6×10^-39)
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有               和       。

(8分)某校课外活动小组利用NO₂与N₂O₄的反应来探究温度对化学平衡的影响。
已知：2NO₂(g)N₂O₄(g) ΔH(298 K)＝－52.7 kJ·mol^－1
（1）该化学反应的浓度平衡常数的表达式为__________________。
（2）该小组的同学取了两个烧瓶A和B，分别加入相同浓度的NO₂与N₂O₄的混合气体，中间用夹子夹紧，并将A和B浸入到已盛有水的两个烧杯中(如右图所示)，然后分别向两个烧杯中加入浓硫酸和NH₄NO₃固体。

请回答：
①A中的现象为____________________
②由上述实验现象可知，降低温度，该反应化学平衡向_____________(选填“正”或“逆”)反应方向移动。
③升高温度，该反应的化学平衡常数将_____________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

下图为制取乙酸乙酯的实验装置图。回答下列问题：

揭示实验原理
乙酸与乙醇在催化剂存在的条件下加热可以发生反应生成乙酸乙酯。请用氧同位素示踪法写出乙酸与乙醇发生酯化反应的化学方程式______________________。
能否用氢同位素示踪法揭示酯化反应原理？ _______（选填“能”或“不能”），原因是___________________。
反应温度确定：
合成乙酸乙酯的反应为放热反应。实验表明，反应温度应控制在85℃左右为宜。回答：
实验温度不宜低于85℃左右的原因是__________________________________________；
实验温度不宜高于85℃左右的原因是__________________________________________；
实验装置的比较：
利用右图装置制备乙酸乙酯，这种装置与教材装置相比较突出的优点是___________。
酯层厚度的标示：
为更好地测定酯层厚度，可预先向饱和Na₂CO₃溶液中滴加1滴____试液，现象是___________。

某化学反应2A(g)B(g)＋D(g)在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol·L^-1）随反应时间（min）的变化情况如下表：

根据上述数据，完成下列填空：
（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为     mol/(L·min)。
（2）在实验2，A的初始浓度C₂＝     mol/L。
（3）设实验3的反应速率为V₃，实验1的反应速率为V₁，则V₃    V₁（填＞、＝、＜)且C₃    1.0mol/L（填＞、＝、＜)
（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是       反应（选填吸热、放热）。

某同学以反应2Fe^3＋+2I^－2Fe^2＋+I₂为原理，研究浓度对氧化还原性和平衡移动的影响。实验如下图：

（1）待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，目的是使实验I的反应达到                   。
（2）iii是ii的对比试验，目的是排除有ii中                      造成的影响。
（3）i和ii的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe^2＋向Fe^3＋转化。用化学平衡移动原理解释原因：     。
（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测i中Fe²⁺向Fe³⁺转化的原 因：外加Ag^＋使c（I^-）降低，导致I^－的还原性弱于Fe^2＋，用右图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

①K闭合时，指针向右偏转，b作             极。
②当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01 mol·L^－1 AgNO₃溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是                   。
（5）按照（4）的原理，该同学用右图装置进行实验，证实了ii中Fe^2＋向Fe^3＋转化的原因，
①转化原因是                                         。
②该实验与（4）实验对比，不同的操作是                                    。
（6）实验I中，还原性：I^－>Fe^2＋；而实验II中，还原性：Fe^2＋>I^－，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是                                                          。

以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeCl₃·6H₂O）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）在一定条件下，SO₂转化为SO₃的反应为2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g) ，该反应的平衡常数表达式为K=         ；过量的SO₂与NaOH溶液反应的化学方程式为                             
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是      、       。
（3）通氯气氧化后时，发生的主要反应的离子方程式为       ；该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为        （写化学式）。

为验证氧化性Cl₂ > Fe^3＋ > SO₂，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器和A中加热装置已略，气密性已检验）。

实验过程：
I． 打开弹簧夹K₁~K₄，通入一段时间N₂，再将T型导管插入B中，继续通入N₂，然后关闭K₁、K₃、K₄。
Ⅱ． 打开活塞a，滴加一定量的浓盐酸，给A加热。
Ⅲ． 当B中溶液变黄时，停止加热，夹紧弹簧夹K₂。
Ⅳ． 打开活塞b，使约2mL的溶液流入D试管中，检验其中的离子。
Ⅴ． 打开弹簧夹K₃、活塞c，加入70%的硫酸，一段时间后夹紧弹簧夹K₃。
Ⅵ． 更新试管D，重复过程Ⅳ，检验B溶液中的离子。
（1）过程Ⅰ的目的是                                                      。
（2）棉花中浸润的溶液为                                          。
（3）A中发生反应的化学方程式为                                          。
（4）用70%的硫酸制取SO₂，反应速率比用98%的硫酸快，原因是                 。
（5）甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，结论如下表所示。他们的检测结果一定能够证明氧化性Cl₂ > Fe^3＋ > SO₂的是       （填“甲”“乙”“丙”）。

	过程Ⅳ  B溶液中含有的离子	过程Ⅵ  B溶液中含有的离子
甲	有Fe^3^＋无Fe^2^＋	有SO4^2^－
乙	既有Fe^3^＋又有Fe^2^＋	有SO4^2^－
丙	有Fe^3^＋无Fe^2^＋	有Fe^2^＋

（6）进行实验过程Ⅴ时，B中溶液颜色由黄色逐渐变为红棕色，停止通气，放置一段时间后溶液颜色变为浅绿色。
查阅资料：Fe^2＋(aq)＋ SO₃^2－ (aq) FeSO₃(s)（墨绿色）
提出假设：FeCl₃与 SO₂的反应经历了中间产物FeSO₃，溶液的红棕色是FeSO₃（墨绿色）与FeCl₃（黄色）的混合色。
某同学设计如下实验，证实该假设成立：

①溶液E和F分别为            、           。
②请用化学平衡原理解释步骤3中溶液由红棕色变为浅绿色的原因            。