高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响简答题

某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM_2.5(直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM_2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。
请回答下列问题:
(1)将PM_2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。
若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^+	N	S	N	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PM_2.5的酸碱性为　　　　　　,试样的pH=　　　　　　　　。
(2)为减少SO₂的排放,常采取的措施有:
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知:H₂(g)+O₂(g) H₂O(g)        ΔH="-241.8" kJ·mol^-1        ①
C(s)+O₂(g) CO(g)　            ΔH="-110.5" kJ·mol^-1        ②
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:　                        。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是　　　　　　　　　　　。
a.Ca(OH)₂　　   b.Na₂CO₃　   　c.CaCl₂　  　d.NaHSO₃
(3)汽车尾气中NO_x和CO的生成及转化
①已知汽缸中生成NO的反应为:
N₂(g)+O₂(g)2NO(g)　ΔH>0
若1 mol空气含0.8 mol N₂和0.2 mol O₂,1 300℃时在密闭容器内反应达到平衡,测得NO为8×10^-4mol。计算该温度下的平衡常数K=　　　　　　　　　 。
汽车启动后,汽缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,原因是　　　　　　　　　　　　　　                           　　。
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g) 2C(s)+O₂(g)
已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:                              
                                                                                                                             。
③目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学反应方程式为　                                                。

(18分)碱金属元素的单质及其化合物被广泛应用于生产、生活中。

②一定量的Na在足量O₂中充分燃烧，参加反应的O₂体积为5.6 L(标准状况)，则该反应过程中转移电子的数目为_________。
（2）金属锂广泛应用于化学电源制造，锂水电池就是其中的一种产品。该电池以金属锂和 钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电。
总反应为：2Li+2H₂O₌2LiOH+H₂↑
①锂水电池放电时，向_________极移动。
②写出该电池放电时正极的电极反应式：_________________。
③电解熔融LiCl可以制备金属Li。但LiC1熔点在873 K以上，高温下电解，金属Li产量极低。经过科学家不断研究，发现电解LiCl—KCl的熔盐混合物可以在较低温度下生成金属Li。
你认为，熔盐混合物中KCl的作用是_________________________________________。
写出电解该熔盐混合物过程中阳极的电极反应式：______________________________。
（3）最新研究表明，金属钾可作工业上天然气高温重整的催化剂，有关反应为：
。一定温度下，向2 L容积不变的密闭容器中充入4 mol 和6 mo1 H₂O(g)发生反应，10 min时，反应达到平衡状态，测得CH₄(g)和H₂(g)的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

①0～10 min内用(CO)表示的化学反应速率为_________。
②下列叙述中，能够证明该反应已达到平衡状态的是_________(填序号)。
a．生成3 molH-H键的同时有4 molC-H键断裂
b．其他条件不变时，反应体系的压强保持不变
c．反应混合气体的质量保持不变
d．
③此温度下，该反应的化学平衡常数K=_________mo1²·L^-2。

NO和NO₂是常见的氮氧化物，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氮氧化物产生的环境问题有          （填一种）。
（2）氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下：
①反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂（标准状况）时，转移电子的物质的量是       mol。
②反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是      。
（3）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：
NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g) △H＝－41.8 kJ·mol^－1
①已知：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) △H＝－196.6 kJ·mol^－1
写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式                  。
②一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入NO₂和SO₂各1 mol，5min达到平衡，此时容器中NO 和NO₂的浓度之比为3∶1，则NO₂的平衡转化率是      。
③上述反应达平衡后，其它条件不变时，再往容器中同时充入
NO₂、SO₂、SO₃、NO各1mol，平衡 （填序号）。
A．向正反应方向移动
B．向逆反应方向移动
C．不移动
（4）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是            。

直接排放含SO₂的烟气会形成酸雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂。
（1）用化学方程式表示SO₂形成硫酸型酸雨的反应：____________________________。
（2）在钠碱循环法中，Na₂SO₃溶液作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式是__________________________。
（3）吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO)∶n(HSO)变化关系如下表所示：

n(SO)∶n(HSO)	91∶9	1∶1	9∶91
pH	8.2	7.2	6.2

①由上表判断，NaHSO₃溶液显________性，用化学平衡原理解释__________________。
②当吸收液呈中性时，下列溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母)________。
a． c(Na^＋)＝2c(SO)＋c(HSO)
b． c(Na^＋)>c(HSO)>c(SO)>c(H^＋)＝c(OH^－)
c． c(Na^＋)＋c(H^＋)＝c(SO)＋c(HSO)＋c(OH^－)
（4）当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：

① HSO在阳极放电的电极反应式是                                    。
② 当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理_______________。

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，其反应方程式为       。
当氨碳比＝3，达平衡时CO₂的转化率为60%，则NH₃的平衡转化率为：         。
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，该电极反应的方程式为            。

Cl₂是一种重要的化工原料。
（1）电解饱和NaCl溶液获得Cl₂的化学方程式是_______。
（2）为便于储存，要将氯气液化[ Cl₂(g)  Cl₂(l) ]，应采取的措施是_______（写出一条即可）。
（3）液氯储存区贴有的说明卡如下（部分）：

危险性
储运要求	远离金属粉末、氨、烃类、醇更物质；设置氯气检测仪
泄漏处理	NaOH、NaHSO3溶液吸收
包装	钢瓶

   ① 用离子方程式表示“泄漏处理”中NaHSO₃溶液的作用_______。
② 若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是       。
③ 氯气含量检测仪工作原理示意图如下：
 
Cl₂在Pt电极放电的电极反应式是_______。
（4）质量标准要求液氯含水量（以1 g氯气含水的质量计）＜0. 4 mg，含水量超标会严重腐蚀钢瓶。液氯含水量的测定装置如下图所示：

（已知：P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄；Cl₂与P₂O₅不反应。）
① 用离子方程式说明c装置的作用_______。
② 检测液氯的含水量，根据上图，需要测定的数据是_______。

火力发电厂释放出大量氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
（1）脱硝。利用甲烷催化还原NO_x：
CH₄(g) ＋ 4NO₂(g) ＝4NO(g) ＋ CO₂(g) ＋ 2H₂O(g) △H₁＝－574 kJ·mol^－1
CH₄(g) ＋ 4NO(g) ＝2N₂(g) ＋ CO₂(g) ＋ 2H₂O(g)  △H₂＝－1160 kJ·mol^－1
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                                   。
（2）脱碳。将CO₂转化为甲醇：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)   △H₃
       
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答：0~10 min内，氢气的平均反应速率为    mol/(L·min)；第10 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO₂(g)和1 mol H₂O(g)，则平衡        （填“正向”、“逆向”或“不”）移动。
②取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1∶3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H₃    0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）脱硫。利用Na₂SO₃溶液可脱除烟气中的SO₂。Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得。NaOH溶液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃^2-)︰n(HSO₃^﹣)变化关系如下表：

n(SO3^2^﹣)︰n(HSO3^﹣)	91︰9	1︰1	9︰91
pH	8.2	7.2	6.2

① 由上表判断，NaHSO₃溶液显　　　性，用化学平衡原理解释：　　　　　　　　　　  　　。
② 当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是（选填字母）：　　　　。
a．c(Na⁺)=2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)
b．c(Na⁺) > c(HSO₃^-) > c(SO₃^2-) > c(H⁺) = c(OH^-)
c．c(Na⁺) + c(H⁺) = c(SO₃^2-) + c(HSO₃^-) + c(OH^-)

雾霾天气严重影响人们的生活质量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。
（1）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图31-1所示：
 
①由图31-1可知SCR技术中的氧化剂为：             。
②图31-2是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知最佳的催化剂和相应的温度分别为：          、             。
③用Fe做催化剂时，在氨气足量的情况下，不同c(NO₂)/c(NO)对应的脱氮率如图31-3所示，脱氮效果最佳的c(NO₂)/c(NO)=                。已知生成1molN₂反应放出的热量为QkJ，此时对应的脱氮反应的热化学方程式为                            。

（2）利用喷雾干燥法脱硫工艺是除去SO₂的常见方法，先将含SO₂的废气溶于水，再用饱和石灰浆吸收，具体步骤如下：
SO₂(g)+H₂O(l)H₂SO₃(l)H⁺(aq)+HSO₃^—(aq)   I
HSO₃^—(aq)H⁺(aq)+SO₃^2—(aq)                II
Ca(OH)₂(s)Ca²⁺(aq)+2OH^—(aq)              III
Ca²⁺(aq)+SO₃^2—(aq)CaSO₃(s)                IV
④步骤II的平衡常数K的表达式为                  。
⑤该温度下，吸收液中c(Ca²⁺)一直保持为0.70mol/L，已知Ksp(CaSO₃)＝1.4×10^-7，则吸收后溶液中的SO₃^2-的浓度。（写出计算过程，保留2位有效数字）

工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即煅烧、催化氧化、吸收。请回答下列个问题：
（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后进入    （填设备名称）
（2）催化氧化阶段反应2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)；△H＜0，550 ℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。

理论上要提高SO₂的转化率，反应的条件应是   温 、高压（填“高”、“低”、或“常” ），但通常情况下工业生产中采用常压的原因是             。
将2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂置于5 Ｌ密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 M Pa。该反应的平衡常数等于          。
（3）为循环利用催化剂，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。已知废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣。查阅资料知：VOSO₄可溶于水，V₂O₅难溶于水，NH₄VO₃难溶于水。该工艺的流程如下图。

则：反应①②③④中属于氧化还原反应的是            （填数字序号），反应③的离子方程式为      。该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数(NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比)和温度。根据下图试建议控制氯化铵系数和温度：       、        。

钛被誉为“二十一世纪的金属”，用途广泛。按下图所示组成的产业链可以大大提高资源利用率并能减少环境污染。请回答下列问题：

（1）已知中FeTiO₃元素的化合价为+3，钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的过程中________元素被氧化，每生产1. 9kgTiCl₄消耗Cl₂在标准状况下的体积为________L。

则金属Mg还原TiCl₄制取金属Ti (s)的热化学方程式为___________.
（3）某化学兴趣小组探究外界条件对合成甲醇反应的影响。

①在300℃时，向体积为1L的密闭容器中加入2mol H₂和1mol CO，CO和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

则从反应开始到建立平衡，v(H₂)为___________ ；
该温度下的化学平衡常
数为___________。
②在其它条件不变，只改变其中的一个条件，该小组同学
根据实验绘制如下图像，其中与事实相符的是为___________（填
序号）。

（4）电解饱和食盐水是氯碱工业的基础。
①电解饱和食盐水的离子方程式为为___________ 。
②电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3，盐酸的作用为为___________。（用必要的离子方程式和文字说明）

氨在国民经济中占有重要地位。
（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH₃，放出92.2 kJ热量。
① 工业合成氨的热化学方程式是                       。
② 若起始时向容器内放入2 mol N₂和6 mol H₂，达平衡后放出的热量为Q，则
Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。
③ 已知：

1 mol N-H键断裂吸收的能量约等于_______kJ。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
①焓变ΔH（填“>”、“<”或“=”）       0
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质  的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。α随着x增大而增大的原因是                        。

③ 上图中的B点处，NH₃的平衡转化率为_______。
（3）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而氮的化合物用途广泛。
下面是利用氮气制备含氮化合物的一种途径：
     
①过程Ⅱ的化学方程式是                                
②运输时，严禁NH₃与卤素（如Cl₂）混装运输。若二者接触时剧烈反应产生白烟，并且0.4 mol NH₃参加反应时有0.3 mol 电子转移。写出反应的化学方程式         
③氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。
已知：4NH₃(g) + 3O₂(g) = 2N₂(g) + 6H₂O(g)   ΔH =" ―1316" kJ/mol，则该燃料电池的负极反应式是                。