高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响简答题

(18分)为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
（1）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂（g）+O₂（g）2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图所示，根据图像判断反应N₂（g）+O₂（g）2NO（g）的△H__________0(填“>”或“<”)。

②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10molN₂与5mo1O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v (N₂)=___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则达到平衡后N₂的转化率为____________。
（2）利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收NO₂。

①阳极的电极反应式为_____________________。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2—生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______________。
（3）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下，将a mol·L的醋酸与b molLBa(OH)₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba^2＋)=c(CH₃COO^－)，则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=______________________(用含a和b的代数式表示)。

(14 分)CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L密闭容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=           。
②已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H="-890.3" kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H="2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H="-566.0" kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H＝              ；
③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如右图所示。t1～t2℃时，温度升高而CO的生成速率降低的原因是                                   ；
（∆代表CO的生成速率，■代表催化剂的催化效率）
④为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是                     ；
⑤若再向容器中同时充入2.0 mol CO₂、6.0 mol CH₄、4.0 molCO 和8.0 molH₂，则上述平衡向          (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
（2）以CO₂为原料可以合成多种物质。
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，写出其结构简式：                    ；
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为      。

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号）__________

A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等	B．混合气体的密度不变
C．混合气体的相对平均分子质量不变	D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①该反应化学平衡常数表达式K=                          
②由表中数据判断该反应的△H__________0（填“>”、“=”或“<”）；
③某温度下，将2molCO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得C(CO)=0.2mol·L^-1，此时的温度为__________
（3）25℃101KPa下，1g液态甲醇完全燃烧生成CO₂和液态水时放出热量22.68kJ，表示甲醇燃烧热的热化学方程式为                                   
（4）据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，该电池工作时负极电极反应式为                  。若反应时消耗16g甲醇所产生的电能电解足量的CuSO₄溶液，则将产生标准状况下的O₂________升

钒有金属“维生素”之称，研究发现钒的某些化合物对治疗糖尿病有很好的疗效。
工业上设计将VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂、CuO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②、③的变化过程可表示为（HM为有机萃取剂）：
VOSO₄ (水层)+ 2HM（有机层） VOM₂（有机层） + H₂SO₄ (水层) 
步骤②中萃取时必须加入适量碱，其原因是                         。
步骤③中X试剂为                   。
（2）步骤④的离子方程式为                      
（3）该工艺流程中，可以循环利用的物质有               和       。
（4）操作Ⅰ得到的废渣，用         溶解，充分反应后，                     ，（填写系列操作名称）称量得到mg氧化铜。
(5）为了制得氨水，甲、乙两小组选择了不同方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表空格中。

	实验装置	实验药品	制备原理
甲小组	A	氢氧化钙、氯化铵	反应的化学方程式为①
乙小组	②	浓氨水、氢氧化钠固体	分析产生氨气的原因③

 

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__________。

(14分) （1）在恒温，容积为1 L恒容中，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图1所示(已知：2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1)，请回答下列问题：

①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：________________________________
______________________________________________________________________。
②ΔH₂＝__________kJ·mol^－1。
③在相同条件下，充入1 mol SO₃和0.5 mol的O₂，则达到平衡时SO₃的转化率为______________；此时该反应________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。
（2）中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。
①有效“减碳”的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是________(填序号)。
A．电解水制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O(g)2H₂＋O₂
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑
D．天然气制氢：CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂
②CO₂可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定条件下反应：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH＝－49.0 kJ·mol^－1，测得CO₂和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图2所示。从3 min到9 min，v(H₂)＝________mol·L^－1·min^－1。

③能说明上述反应达到平衡状态的是________(填编号)。
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1∶1(即
图中交叉点)
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3 mol H₂，同时生成1 mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
（3）工业上，CH₃OH也可由CO和H₂合成。参考合成反应CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)的平衡常数。下列说法正确的是________。

温度/℃	0	100	200	300	400
平衡常数	667	13	1.9×10^－2	2.4×10^－4	1×10^－5

A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行，说明该反应ΔS<0
C．在T ℃时，1 L密闭容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H₂，达到平衡时，CO转化率为50%，则此时的平衡常数为100
D．工业上采用稍高的压强(5 MPa)和250 ℃，是因为此条件下，原料气转化率最高

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                                                             。

I、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^-l 
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+ CO₂（g）+ 2H₂O（g）       △H=" -1160" kJ·mol^-l
③H₂O（g）=H₂O（1）    △H=-44．0 kJ·mol^-l
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____   。
II、开发新能源和三废处理都是可持续发展的重要方面。
（1）由碳的氧化物赢接合成乙醇燃料已进入大规模生产。如采取以CO和H₂为原料合成乙醇，化学反应方程式：2CO（g）+4H₂（g）－CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）;若密闭容器中充有10 mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成乙醇：CO的转化率（a）与温度、压强的关系如图所示。

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为10L，则该温度下的平衡常数：K=____     ；
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则白反应开始到达平衡状态所需的时间t_A    t_C（填 “>”、“<”或“=”）。
（2）日前工业上也可以用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）   CH₃OH（g）+H₂O（g）△H<0，若将6mo1 CO₂和8mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化的曲线如右图所示（实线）。
①若改变某一实验条件再进行两次实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线I对应的实验条件改变可能是       ，曲线II对应的实验条件改变可能是____  。
②请在答题卷图中绘出甲醇的物质的量随时间变化曲线。

III、用MnO₂制KMnO₄的工艺流程如图：电解池中两极材料均为碳棒，在水或酸性溶液中K₂MnO₄发生歧化而变成MnO₂和KMnO₄。

①写出240℃熔融时发生反应的化学方程式              ，投料时必须满足n（KOH）:n（MnO₂）              。
②阳极的电极反应为                   。
③B物质是          （填化学式），可以循环使用的物质是           （填化学式）。

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________

含硫化合物在工业生产中有广泛的用途。
（1）SO₂可用于工业生产SO₃。
①在一定条件下，每生成8g SO₃气体，放热9.83kJ。该反应的热化学方程式为________。
②在500℃，催化剂存在的条件下，向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入 2 mol SO₂和1 mol O₂。甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡。
I．平衡时，两容器中SO₃体积分数的关系为：甲_______乙（填“>”、“<”或“ =”）。
II．若乙在t₁ min时达到平衡，此时测得容器乙中SO₂的转化率为90%，则该
反应的平衡常数为_______；保持温度不变，t₂ min时再向该容器中充入1 mol SO₂和1 mol SO₃，t₃min时达到新平衡。请在下图中画出t₂~t₄ min内正逆反应速率的变化曲线（曲线上必须标明V_正、V_逆 ）

（2）硫酸镁晶体（MgSO₄·7H₂O )在制革、医药等领域均有广泛用途。4.92g硫酸镁晶体受热脱水过程的热重曲线（固体质量随温度变化的曲线）如右图所示。

①固体M的化学式为__________。
②硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为_________个阶段。
③N转化成P时，同时生成另一种氧化物，该反应的化学方程式为_________。

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              。

【化学与技术】
工业上以氨气为原料制备硝酸的过程如图1所示：

某课外小组模拟上述部分过程设计了如图2所示实验装置制备硝酸（所有橡胶制品均已被保护）
（1）工业上用氨气制取NO的化学方程式是                  ；
（2）连接好装置后，首先进行的操作是            ；
（3）通入a气体的目的是            ；
（4）盛有Na₂CO₃溶液的烧杯为尾气处理装置，该装置中发生反应的化学方程式是            。
（5）已知：温度低于21.15℃时，NO₂几乎全部转变为N₂O₄，工业上可用N₂O₄与水反应来提高硝酸产率，N₂O₄与a气体在冷水中生成硝酸的化学方程式是       ；
（6）一定条件下，某密闭容器中N₂O₄和NO₂的混合气体达到平衡时，c（NO₂）=0.500mol/L，c（N₂O₄）=0.125mol/L．则2NO₂（g）N₂O₄（g）的平衡常数K=   ，若NO₂起始浓度为2mol/L，相同条件下，NO₂的最大转化率为    。

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             。

光气（）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下与在活性炭催化下合成。
（1）实验室常用来制备氯气的化学方程式为

（2）工业上利用天然气（主要成分为）与进行高温重整制备，已知、、和的燃烧热（）分别为-890.3、-285.8和-283.0，则生成1（标准状况）所需热量为

（3）实验室中可用氯仿（）与双氧水直接反应制备光气，其反应的化学方程式为

（4）的分解反应为。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下图所示（第10到14的浓度变化曲线未示出）：

①计算反应在第8时的平衡常数=

②比较第2反应温度（2）与第8反应温度（8）的高低：（2）（8）
（填"<"、">"或"="），
③若12时反应于温度（8）下重新达到平衡，则此时=；
④比较产物在2-3、5-6和12-13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））的大小

⑤比较反应物在5-6和15-16时平均反应速率的大小：v（5-6）v（15-16）（填"<"、">"或"="），原因是

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______。