高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响简答题

碳、氮、硫是中学化学重要的非金属元素，在工农业生产中有广泛的应用。
（1）用于发射“天宫一号”的长征二号F火箭的燃料是液态偏二甲肼（CH₃－NH－NH－CH₃），氧化剂是液态四氧化二氮。二者在反应过程中放出大量能量，同时生成无毒、无污染的气体。已知室温下，1 g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，请写出该反应的热化学方程式________________________________________。
（2）298 K时，在2L的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂(g) N₂O₄(g)　ΔH＝-a kJ·mol^－1 (a>0) 。N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时， N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，回答下列问题。

①298k时，该反应的平衡常数为________ L ·mol^－1。
②下列事实能判断该反应处于平衡状态的是     
a.混合气体的密度保持不变 
b.混合气体的颜色不再变化
c. V_（N₂O_4）正=2V_（NO_2）逆
③若反应在398K进行，某时刻测得n（NO₂）="0.6" mol  n（N₂O₄）=1.2mol，则此时
V_（正）   V_（逆）（填“>”“<”或“=”）。
（3）NH₄HSO₄在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。现向100 mL 0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄溶液中滴加0.1 mol·L^－1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。

试分析图中a、b、c、d、e五个点，
①水的电离程度最大的是__________；
②其溶液中c(OH^-)的数值最接近NH₃·H₂O的电离常      
数K数值的是    ；
③在c点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序
是__________。

金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。高温下，在密闭容器中用H₂还原WO₃可得到金属钨，其总反应为：
WO₃ (s) + 3H₂ (g)  W (s) + 3H₂O (g)。
请回答下列问题：
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为___________________________。
（2） 某温度下反应达平衡时，H₂与水蒸气的体积比为2:3，则H₂的平衡转化率为___________；随温度的升高，H₂与水蒸气的体积比减小，则该反应为         反应（填“吸热”或“放热”）。
（3）用H₂还原WO₂也可得到金属钨。已知：
WO₂ (s) + 2H₂ (g)W (s) + 2H₂O (g)  ΔH =" +66.0" kJ·mol^-1
WO₂ (g) + 2H₂ (g)W (s) + 2H₂O (g)  ΔH =" -137.9" kJ·mol^-1
则WO₂ (s)WO₂ (g) 的ΔH = ______________________。
（4）钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I₂可延长灯管的使用寿命，其工作原理为：W (s) +2I₂ (g)  WI₄ (g)。下列说法正确的有________________（填序号）。
a．灯管内的I₂可循环使用
b．WI₄在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
c．WI₄在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长   
d．温度升高时，WI₄的分解速率加快，W和I₂的化合速率减慢

在恒温、恒压和使用催化剂的条件下，已知：在容积可变的密闭容器中，充入1 L含3 mol H₂和1 mol N₂的混合气体，反应达平衡时有a mol NH₃生成，N₂的转化率为b%。
（1）若在恒温、恒压和使用催化剂的条件下，在体积可变的密闭容器中充入x mol H₂和y mol N₂，反应达平衡时有3a mol NH₃生成，N₂的转化率仍为b%。则x=                                           ;
y=                                            。
（2）在恒温、恒压和使用催化剂的条件下，设在体积可变的密闭容器中充入x mol H₂、y mol N₂和z mol NH₃，若达平衡时N₂转化率仍为b%，则x、y的关系为               ；z的取值范围为                    。
（3）在恒温［与（1）温度相同］和使用催化剂的条件下，在容积不可变的密闭容器中，充入1 L含3 mol H₂和1 mol N₂的混合气体，反应达平衡时N₂的转化率为c%，则b、c的关系为         （用“<”、“=”或“>”表示），理由是                                                             。

工业上可以利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，其反应方程式为：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：

1molCO(g)+1mol H2O(l)

1molCO(g)+2mol H2(g)

1molCH3OH(l)

1molCO2(g)+1mol H2(g)

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式__                _。
该反应的△S____0(填“>”或“<”或“=”)，在 ______情况下有利于该反应自发进行。
（2）如果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）如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，能说明反应已达到平衡状态的是        __      （选填编号）。
A．3v_正(H₂)=v_逆(CO₂)        B．C(H₂) = C(CO₂)
C．容器内气体的密度不变    D．容器内压强不变
（4）若反应的容器容积为2.0L，反应时间4.0 min，容器内气体的密度增大了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变化趋势曲线右图所示。保持其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，请画出t₁后c(CO₂)随时间t变化趋势曲线(t₂达到新的平衡)。

请回答下列问题：
（1）分别用浓、稀硝酸溶解等量的两份铜粉，消耗硝酸的物质的量较少的是_________硝酸（填“浓”或“稀”），相应的离子方程式是_____________.
（2） 800时，在2L的恒容密闭容器中充入2molNO和1molO₂发生反应，2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)，经5min达到平衡，测得c（NO)="0.5" mol/L，并放热QkJ。5min内 v(O₂)=___________。
②该条件下，2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)的△H=     。
③若向平衡混合物中再充入NO、NO₂各1mol,此时v_正    v_逆（填“>”、“=”或“<”）。
④若向平衡混合物中仅充入lmolNO₂，平衡向_______（填“正向”、“逆向”或“不”）移
动。达新平衡时，NO₂的体积分数________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO₂^－，可以在强碱性条件下加入铝粉除去（反应过程中无气态产物生成。加热反应后的溶液有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体逸出）。请写出该反应的离子方程式________

随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学（C1化学）成为研究的热点。“碳一化学”即以单质碳及CO、、、等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺。
（1）将转化成有机物可有效实现碳循环。转化成有机物的例子很多，如：
a．          b．
c．      d．
在以上属于人工转化的反应中，原子利用率最高的是      （填序号）。
（2）CO可用于合成甲醇。在压强0.1MPa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入和，在催化剂作用下合成甲醇：。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图。

①该反应属于      反应（填“吸热”或“放热”）。若一个可逆反应的平衡常数值很大，对此反应的说法正确的是   （填序号）。
a．反应使用催化剂意义不大
b．该反应发生将在很短时间内完成
c．该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小
d．该反应一定是放热反应
②时，该反应的平衡常数       (用的代数式表示)。
（3）二甲醚（）被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。
①工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
a．    
b． 
c．
总反应：的           。
②对于反应b，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是    （填字母）。
a．
b．容器内压强保持不变
c．的浓度保持不变
d．的消耗速率与的消耗速率之比为
（4）以KOH溶液为电解质，用二甲醚-空气组成燃料，其中负极的电极反应式为      。
（5）C1化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质。写出CO与氮氧化物（NO）在有催化剂的条件下反应的化学方程式                         
                                         。

已知：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)  ΔH=Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为       ，该反应的Q      0。
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H₂O(g)，发生上述反应，CO和H₂O(g)浓度变化如图所示，则0~4min时平均反应速率v(CO)=   。

（3）若在500 ℃时进行，且CO、H₂O(g)的起始浓度均为0.020mol/L，该条件下，CO的最大转化率为         。
（4）若在850℃时进行，设起始时CO和H₂O(g)共为1mol，其中水蒸气的体积分数为x平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为     。
（5）某电化学装置可实现2CO₂=2CO+O₂的转化，使CO重复使用。已知该反应的阳极应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，则阴极反应式为                   。
（6）有人提出可以设计反应2CO=2C+O₂(ΔH>0)来消除CO的污染，请判断上述反应能否发生     (填“可能”或“不可能”)，理由是              。

Ⅰ.硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如下：

（1）焦炭在过程Ⅰ中做     剂。
（2）过程Ⅱ中Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的化学方程式为         。
（3）整过生产过程必须严格控制无水。
①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，反应方程式为                。
②干燥Cl₂时从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H₂SO₄中。冷却的作用是                        。
（4）Zn还原SiCl₄的反应如下：
反应①：400℃～756℃，SiCl_4(g)+2Zn_(l)Si_(S)+2ZnCl_2(l)  △H₁＜0
反应②：756℃～907℃，SiCl_4(g)+2Zn_(l)Si_(S)+2ZnCl_2(g)  △H₂＜0
反应③：907℃～1410℃，SiCl_4(g)+2Zn_(g)Si_(S)+2ZnCl_2(g)  △H₃＜0
i. 反应②的平衡常数表达式为                 。
ii. 对于上述三个反应，下列说明合理的是           。
a.升高温度会提高SiCl₄的转化率     b.还原过程需在无氧的气氛中进行
c.增大压强能提高反应速率          d.Na、Mg可以代替Zn还原SiCl₄
（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，可用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO₃和HF的混合液。硅表面首先形成SiO₂，最后转化成H₂SiF₆。用化学方程式表示SiO₂转化为H₂SiF₆的过程                     。
Ⅱ.（1）甲烷、氢气、一氧化碳的燃烧热分别为akJ·mol^－1，bkJ·mol^－1，ckJ·mol^－1，工业上利用天燃气和二氧化碳反应制备合成气（CO、H₂），其热化学反应方程式为                      。
（2）已知Ksp(AgCl)＝1.8×10^－10，Ksp(AgI)＝1.5×10^－16，Ksp(Ag₂CrO₄)＝2.0×10^－12，三种难溶盐的饱和溶液中，Ag⁺浓度大小的顺序为               。

甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：

反应过程	化学方程式	焓变	活化能
甲烷氧化		－802.6	125.6
	－322.0	172.5
蒸汽重整		206.2	240.1
	165.0	243.9

回答下列问题：
（1）反应的=kJ/mol。
（2）在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。
（3）对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(P_B)代替物质的量浓度(c_B)也可以平衡常数（记作K_P），则反应CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)的K_P＝；
随着温度的升高，该平衡常数（填"增大"、"减小"或"不变"）。
（4）从能量阶段分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于。
（5）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对和物质的量分数的影响如下图：

①若要达到H₂物质的量分数>65%、CO的物质的量分数<10%，以下条件中最合适的是。
A．600℃，0.9Mpa    B．    C．    D．

②画出条件下，系统中物质的量分数随反应时间（从常温进料开始即时）
的变化趋势示意图：

（6）如果进料中氧气量过大，最终导致H₂物质的量分数降低，原因是             。

Ⅰ．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的 CO₂含量并加以开发利用， 引起了各国的普遍重视。工业上有一种方法是用 CO₂生产燃料甲醇。一 定条件下发生反应：CO₂(g) +3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)。右图表示该 反应进行过程中能量(单位为 kJ•mol -1)的变化。
（1） 为探究反应原理，现进行如下实验：T₁℃时,在体积为 1L 的密闭容器中，充入 1mol CO₂和 3mol H₂，测得CO₂和 CH₃OH(g) 的浓度随时间变化如 图所示。从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率 v(H₂) 为            mol•L^-1•min^-1。
（2）温度变为 T₂℃(T₁ > T₂)，平衡常数 K (填“增大”、 “不变”或“减小”)。
（3）下列措施中能使 n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的有           
A升高温度  B加入催化剂    C将 H₂O(g)从体系中分离
D再充入 1molCO₂和 3molH₂  E．充入 He(g)，使体系总压强增大。
Ⅱ．在温度 t℃，某 NaOH 的稀溶液中 c(H+)=10—amol／L，c(OH—)=10—bmol／L，已知 a+b=12，该温度下水的离子积 Kw=                               ；t             25℃（填“大于”、“小于”或“等于”）。
向该溶液中逐滴加 pH=c 的盐酸(t℃)，测得混合溶液的部分 pH 如右表 所示。假设溶液混合前后的体积变化 忽略不计，则 c 为             

(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如：
6Ag(s)+O₃(g)===3Ag₂O(s)；△H =" -235.8" kJ/mol;  
己知：2 Ag₂O(s)===4Ag(s)+O₂(g)；△H = +62.2kJ/mol;
则反应 2O₃（g）= 3O₂（g） 的△H =      kJ/mol；
②科学家P．Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产  
生，阴极附近的氧气则生成过氧化氢，阴极电极反应式为   。
（2）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) 某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭，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：

①在10 min～20 min的时间段内，以CO₂表示的反应速率为     ；
②写出该反应的平衡常数的表达式K=    ；
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是   (填序号字母)；

A．容器内压强保持不变	B．2v正(NO)=v逆(N2)
C．容器内CO2的体积分数不变	D．混合气体的密度保持不变

④30 min时改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是 ；
⑤一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率   (填“增大”、“不变”或“减小”)。

研究CO₂与CH₄的反应使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。
（1）已知：①2CO(g)+O₂（g）＝2CO₂(g)　△H＝－566 kJ·mol^-1
               ②2H₂(g)+O₂（g）＝2H₂O(g)　△H＝－484kJ·mol^-1
               ③CH₄(g)+2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－802kJ·mol^-1
则CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)　△H＝　　kJ·mol^-1
（２）在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·Ｌ^-1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)，测得CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

据图可知，P₁、P₂、 P₃、P₄由大到小的顺序　　。
‚在压强为P₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，则用CO表示该反应的速率为       。该温度下，反应的平衡常数为       。　
（3）CO和H₂在工业上还可以通过反应C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂ (g)来制取。
①在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定平衡已达到的是       

A．体系压强不再变化	B．H2与CO的物质的量之比为1 ：1
C．混合气体的密度保持不变	D．气体平均相对分子质量为15，且保持不变

② 在某密闭容器中同时投入四种物质，2min时达到平衡，测得容器中有1mol H₂O(g)、1mol CO(g)、
2.2molH₂(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向    （填“正”或“逆”）反应方向移动，第5min时达到新的平衡，请在下图中画出2～5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

（本题共12分）
氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：

29．配平反应中各物质的化学计量数，并标明电子转移方向和数目。
30．该反应的氧化剂是               ，其还原产物是              。
31．上述反应进程中能量变化示意图如下，试在图像中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况。
           
32．该反应的平衡常数表达式为K＝              。升高温度，其平衡常数      （选填“增大”、“减小”或“不变”）。
33．该化学反应速率与反应时间的关系如上图所示，t₂时引起v_正突变、v_逆 渐变的原因是  
                ，t_３引起变化的因素为                         ，t₅时引起v_逆大变化、v_正小变化的原因是                                   。

含碳化合物在国民经济中占有重要地位。含碳化合物的性质、制备等一直是中学化学研究的焦点。
研究情境一：工业上采用乙苯与CO₂脱氢生产重要化工原料苯乙烯    △H＝－166kJ·mol^－1，平衡常数K
其中乙苯在CO₂气氛中的反应可分两步进行。
第一步：      ΔH₁，平衡常数K₁
第二步：H₂(g) +CO₂(g)CO(g) + H₂O(g)   ΔH₂＝－41kJ·mol^－1，平衡常数K₂
（1）上述第一步反应的ΔH₁=____________，K、K₁、K₂之间的关系是________________。
（2）某化学研究性学习小组模拟工业用乙苯与CO₂脱氢生产苯乙烯。在3L固定容积密闭容器内，乙苯与CO₂的反应在I、II、III三种不同的条件下进行实验。乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0mol·L^－1和3.0mol·L^－1，其中实验I在T₁°C，0.3MPa，而实验II、III分别改变了实验其他条件。乙苯的浓度随时间的变化如图所示。

①实验I 苯乙烯在0—50min的平均反应速率是____________。
②实验III改变的条件可能是_______________________________________________。
③对于实验I，下列叙述能说明乙苯与CO₂反应达到平衡的是_______。
a．平衡常数K不再增大                    b．CO₂的转化率不再增大
c．混合气体的平均相对分子质量不再改变　   d．反应物不再转化为生成物
研究情境二：2013年12月14日21时11分，嫦娥三号探测器在月球表面预选着陆区域成功着陆，标志我国已成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。
（3）下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。

如果某段时间内氢氧储罐中共收集到67.2L气体（标准状况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量是________mol。
（4）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂＝2CO + O₂，同时生成的CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应是：
4OH^－－4e^－＝O₂↑+2H₂O，则阴极反应是__________________。

2SO₂(g)+ O₂ (g)  2 SO₃ (g)是生产硫酸的主要反应之一。下表是原料气按V(SO₂):V(O₂):V(N₂)=7:11:82投料，在1．01×10⁵Pa时，不同温度下SO₂的平衡转化率。

温度/℃	400	500	600
SO2转化率/%	99．2	93．5	73．7

（1）该反应是______反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）400℃，1．01×10⁵Pa时，将含10 mol SO₂的原料气通入一密闭容器中进行反应，平衡时SO₂的物质的量是______mol。
（3）硫酸厂尾气（主要成分SO₂、O₂和N₂）中低浓度SO₂的吸收有很多方法。
①用氨水吸收上述尾气，若SO₂与氨水恰好反应得到碱性的(NH₄)₂SO₃溶液时，则有关该溶液的下列关系正确的是______（填序号）。
a． c + c(NH₃•H₂O)=" 2[c()+" c()+ c(H₂SO₃)]
b． c()+ c(H⁺)=" c()+" c()+ c(OH^-)
c． c()> c() > c(OH^-) > c(H⁺)
②用 MnO₂与水的悬浊液吸收上述尾气并生产MnSO₄。
i． 得到MnSO₄的化学方程式是______。
ii．该吸收过程生成MnSO₄时，溶液的pH变化趋势如图甲，SO₂吸收率与溶液pH的关系如图乙。

图甲中pH变化是因为吸收中有部分SO₂转化为H₂SO₄，生成H₂SO₄反应的化学方程式是______；由图乙可知pH的降低______SO₂的吸收（填“有利于”或“不利于”），用化学平衡移动原理解释其原因是______。