高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响简答题

80℃时，将0.40mol的N₂O₄气体充入2 L已经抽空的固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N₂O₄ 2NO₂，△H ＞0隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：

时间（s） n(mol)	0	20	40	60	80	100
n(N2O4)	0.40	a	0.20	c	d	e
n(NO2)	0.00	0.24	b	0.52	0.60	0.60

（1）计算0s—20s内用N₂O₄表示的平均反应速率为      mol·L^-1·s^-1
（2）要增大N₂O₄的转化率，同时增大该反应的K值，可采取的措施有      (填序号)
A．通入一定量的NO₂气体
B．通入一定量的氦气以增大压强
C．使用高效催化剂
D．升高温度
（3）如图是80℃时容器中N₂O₄物质的量的变化曲线，请在该图中补画出该反应在60℃时N₂O₄物质的量的变化曲线。

(14分)天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷｡下图为以天然气为原料制备化工产品的工艺流程｡

（1）CH₄的VSEPR模型为      
（2）一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并能使氨水再生，写出氨水再生时的化学反应方程式      
（3）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)；ΔH="-90.8" kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)；ΔH=-23.5kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)；ΔH="-41.3" kJ·mol^-1
则催化反应Ⅱ室的热化学方程式为      
（4）在一定条件下，反应室Ⅲ(容积为VL)中充入amolCO与2amolH_{2 ，}在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)，CO的平衡转化率与温度､压强的关系如图所示，则：①P₁       P₂(填“<”､“=”或“>”)。

②在其它条件不变的情况下，反应室Ⅲ再增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率      (填“增大”､“减小”或“不变”)。
③在P₁压强下，100℃时，反应：CH₃OH(g)CO(g)+2H₂(g)的平衡常数为     (用含a､V的代数式表示)｡
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄｡铜电极表面的电极反应式      

（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，生成NOx等污染大气．其中生成NO的能量变化示意图如右图：

①该反应的热化学方程式为                                     ．
②根据下图所示，只改变条件R，当N₂的转化率从a₃到a₁时，平衡常数K       ．

A．可能增大

B．一定不变

C．可能不变

D．可能减小

E．增大、减小、不变均有可能
（2）尿素（又称碳酰胺）是含氮量最高的氮肥，工业上利用CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素的反应分为：
第一步：2NH₃(g)＋CO₂(g)H₂NCOONH₄(氨基甲酸铵) (l)
第二步：H₂NCOONH₄(l) H₂O(g)＋H₂NCONH₂(l)
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为500 L的密闭容器中投入4 mol氨和1 mol二氧化碳，验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如图所示：

①合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定．
②反应进行到10 min时测得 CO₂ 的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v(CO₂)＝   mol/(L·min)．
③由氨基甲酸铵和CO₂曲线变化可得出关于浓度变化和平衡状态的两条结论是：
a．                                                      ；
b．                                                      ．

1902年德国化学家哈博研究出合成氨的方法，其反应原理为：
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g);△H（△H＜0）
一种工业合成氨的简易流程图如下：

完成下列填空：
（1）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生。NH₄HS的电子式是___________，写出再生反应的化学方程式：__________________。NH₃的沸点高于H₂S，是因为NH₃分子之间存在着一种比_________力更强的作用力。
（2）室温下，0.1 mol/L的氯化铵溶液和0.1 mol/L的硫酸氢铵溶液，酸性更强的是_______，其原因是___________________________________________________________。
已知：H₂SO₄：H₂SO₄ = H⁺+HSO₄^－; 
HSO₄^－H⁺+SO₄^2－ :
K =1.2×10^－2    NH₃·H₂O：K=1.8×10^－5
（3）图甲表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：______（保留3位有效数字）。
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从常温下通入原料气开始，随温度不断升高，NH₃物质的量变化的曲线示意图。
       
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）________。
简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法(只答一种即可)：_________________。

研究氮的氧化物、硫的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。
（1）汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物转化为无毒物质。下列说法能说明恒温恒容条件下的反应;2NO（g）+2CO（g）＝N₂（g）+2CO₂（g）△H="-746.5" kJ·mol^-1已达到化学平衡的是                     。
A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO
B．CO与CO₂的物质的量浓度相等的状态
C．气体密度保持不变的状态
D．气体平均摩尔质量保持不变的状态
（2）NO₂与SO₂混合可发生反应：NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）。
将一定量的NO₂与SO₂置于绝热恒容密闭容器中发生上述反应，正反应速率随时间变化的趋势如图所示。由图（纵轴代表正反应速率）可知下列说法正确的是             （填字母）。

A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．△t₁=△t₂时，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段
（3）CO在实际中有以下应用：用Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气作为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电极反应式。
负极反应式：2CO+2CO₃^2-一4e^-＝4CO₂    正极反应式：                                。
（4）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol·L^-1的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：①甲烷燃料电池的负极反应式是                                          。
②当A中消耗0.15 mol氧气时，B中     极（填”a”或”b”）增重__  __g。

液氨是一种良好的储氢物质。
已知：① 2NH₃(g)  N₂ (g) + 3H₂(g)    ΔH =+92.4 kJ·mol^－1
② 液氨中2NH₃(l)  NH₂^－ + NH₄^＋
（1）氨气自发分解的反应条件是        （填“低温”或“高温”）。
（2）图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是          (填催化剂的化学式)。

（3）其他条件相同，反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点，原因是                                           。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下，温度为750℃时，氨气的初始浓度为c₀，平衡转化率为40%，则该温度下此反应的 平衡常数K =                  。
（4）用Pt电极对液氨进行电解也可产生H₂和N₂。阴极的电极反应式是                    。

硫酸铅（PbSO₄）广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂（s）+2Cl^－(aq) PbCl₄^2-(aq) △H＞0
（ⅱ）有关物质的Ksp和沉淀时的pH如下：

Ksp		开始沉淀时pH	完全沉淀时pH
PbSO4	1.08×10^-8	Fe (OH)3	2.7	3.7
PbCl2	1.6×10^-5	Pb(OH)2	6	7.04

（1）步骤Ⅰ中生成PbCl₂的离子方程式_______，加入盐酸控制pH值小于2，原因是_______。
（2）用化学平衡移动原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因______。若原料中FeCl₃过量，则步骤Ⅱ得到的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_______。
（3）写出步骤Ⅲ中PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式______。
（4）请用离子方程式解释滤液2加入H₂O₂可循环利用的原因______。
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为_______。
（6）双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用铅蓄电池电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是____。

A．A溶液为氢氧化钠，B溶液为硫酸
B．C₁极与铅蓄电池的PbO₂电极相接、C₂极与铅蓄电池的Pb电极相接
C．当C₁极产生标准状况下11.2 L气体时，铅蓄电池的负极增重49g
D．该电解反应的总方程式可以表示为：2Na₂SO₄＋6H₂O2H₂SO₄＋4NaOH＋O₂↑＋2H₂↑

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的四种方法：

方法a	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b	用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O；
方法c	电解法，反应为2Cu + H2OCu2O + H2↑。
方法d	用肼（N2H4）还原新制的Cu(OH)2

（1）已知：①2Cu（s）＋1/2O₂(g)=Cu₂O（s）；△H = -169kJ·mol^-1
②C（s）＋1/2O₂(g)=CO(g)；△H = -110.5kJ·mol^-1
③ Cu（s）＋1/2O₂(g)=CuO（s）；△H = -157kJ·mol^-1
则方法a发生的热化学方程式是：
（2）方法c采用离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：该电池的阳极反应式为           钛极附近的pH值      （增大、减小、不变）。

（3）方法d为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为              。
（4）在相同的密闭容器中，用以上方法制得的三种Cu₂O分别进行催化分解水的实验：  △H>0。水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

序号		0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

下列叙述正确的是       （填字母）。
A．实验的温度：T₂<T₁       
B．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高
C．实验①前20 min的平均反应速率 v(H₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1

(10分)在温度为373K时，将0.100mol无色的N₂O₄气体通入1L抽空的密闭容器中，立刻出现红棕色，直至建立N₂O₄2NO₂的平衡。下图是隔一定时间测定到的N₂O₄的浓度（纵坐标为N₂O₄的浓度，横坐标为时间）

（1）计算在20至40秒时间内，NO₂的平均生成速率为        。
（2）该反应的化学平衡常数表达式为             。
（3）下表是不同温度下测定得到的该反应的化学平衡常数。

T/ K	323	373
K值	0.022	0.36

据此可推测该反应（生成NO₂）是       反应（选填“吸热”或“放热”）。
（4）若其他条件不变，反应在423K时达到平衡，请在上图中找出相应的位置，画出此温度下的反应进程示意曲线。

甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。
（1）利用太阳能或生物质能分解水制H₂，然后可将H₂与CO₂转化为甲醇。
已知：光催化制氢：2H₂O(l)==2H₂(g)＋O₂(g)  ΔH＝＋571.5 kJ/mol
H₂与CO₂耦合反应：3H₂(g)＋CO₂(g)==CH₃OH(l)＋H₂O(l)  ΔH＝－137.8 kJ/mol
则反应：2H₂O(l)＋CO₂(g) ="=" CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)的ΔH＝           kJ/mol
你认为该方法需要解决的技术问题有           。
a. 开发高效光催化剂
b. 将光催化制取的H₂从反应体系中有效分离，并与CO₂耦合催化转化
c. 二氧化碳及水资源的来源供应
（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298 K时测定）：
反应I：CH₃OH(g)＝HCHO(g)＋H₂(g)  ΔH₁＝＋92.09kJ/mol，K₁＝3.92×10^－11。
反应II：CH₃OH(g)＋1/2O₂(g)＝HCHO(g)＋H₂O(g)  ΔH₂＝－149.73 kJ/mol，K₂＝4.35×10²⁹。
①从原子利用率看，反应（填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高          。从反应的焓变和平衡常数K值看，反应        制甲醛更有利。(原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。)

②右图是甲醇制甲醛有关反应的lgK（平衡常数的对数值）随温度T的变化。图中曲线（1）表示        （填“I”或“II”）的反应 。
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH₄^＋氧化为
NO₃^－（2NH₄⁺+3O₂＝2HNO₂+2H₂O +2H⁺；2HNO₂ +O₂＝2HNO₃）。然后加入甲醇，甲醇和NO₃^－反应转化为两种无毒气体。
①上述方法中，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为               g。
②写出加入甲醇后反应的离子方程式：                           
（4）某溶液中发生反应：A2B+C，A的反应速率v(A)与时间t的图象如图所示。若溶液的体积为2L，且起始时只加入A物质，下列说法错误的是          

A.图中阴影部分的面积表示0～2min内A的物质的量浓度的减小值
B.反应开始的前2min，A的平均反应速率小于0.375mol・L^-1・min^-1
C.至2min时，A的物质的量减小值介于0.5mol至1mol之间
D.至2min时，B的物质的量浓度c（B）介于1~1.5mol・L^-1之间

甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄(g)+H₂O(g)＝CO(g) + 3H₂(g)   △H ＝+206.0 kJ·mol^－1
II：CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)  △H＝－129.0 kJ·mol^－1
（1）CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为                      。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为               。
②100℃时反应I的平衡常数为                            。
（3）在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是                (填字母序号)。

A．c ( H2 )减少

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．CH3OH 的物质的量增加

D．重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小 E．平衡常数K增大

（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用图装置模拟上述过程

①写出阳极电极反应式                                     。
②请写出除去甲醇的离子方程式                           。

在一密闭容器中发生反应N₂＋3H₂2NH₃，△H<0达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示：回答下列问题：

（1）处于平衡状态的时间段是    (填选项)。
A．t0～t1
B．t1～t2
C．t2～t3
D．t3～t4
E．t4～t5
F．t5～t6
（2）t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是_____(填选项)。
A．增大压强
B．减小压强
C．升高温度
D．降低温度
E．加催化剂
F．充入氮气
t1时刻    ；t3时刻    ；t4时刻    。
（3）依据（2）中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是     (填选项)。
A．t0～t1   B．t2～t3   C．t3～t4   D．t5～t6
（4）如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
（5）一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20%，则反应后与反应前的混合气体体积之比为     。

化学反应原理在合成氨工业及氨的性质研究中具有广泛的应用。
（1）工业生产硝酸的第一步反应是氨的催化氧化反应，已知下列3 个热化学方程式（K 为平衡常数）：

（2）工业合成氨所用的氢气主要来自天然气与水的反应，但这种原料气中往往混有一氧化碳杂质，工业生产中通过如下反应来除去原料气中的CO：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+ H₂（g）ΔH<0。
①一定条件下，反应达到平衡后，欲提高CO 的转化率，可采取的措施有              、            。
②在容积为2 L 的密闭容器中发生上述反应，其中c（CO）随反应时间（t）的变化如图甲中曲线Ⅰ，如果在t₀时刻将容器容积扩大至4 L，请在图甲中画出t₀时刻后c（CO）随反应时间（t）的变化曲线。
 
（3）氨气的重要用途是合成尿素，一定条件下，NH₃和CO₂ 合成尿素的反应为。当加料比例n（NH₃）/n（CO₂）="4" 时，CO₂的转化率随反应时间（t）的变化如图乙所示，a 点v 逆（CO₂）               b 点v 正（CO₂）（填“>”、“<”或“=”），NH₃的平衡转化率为                        。
（4）硫酸工业生产过程中产生的尾气可用氨水吸收，生成的（NH₄）2SO₃再与硫酸反应，将生成的SO₂返回车间作生产硫酸的原料，而生成的（NH₄）₂SO₄可作肥料。常温下，0．1mol·L^-1（NH₄）₂SO₄溶液中各离子浓度由大到小的顺序是                      ；
若某工厂中使用的是室温下0．1 mol·L^-1的氨水，那么该氨水的pH=                    。
（已知

碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题：
（1）大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，再向浓缩液中加 $Mn{O}_2$和 $H_{2}S{O}_4$，即可得到 $I_2$，该反应的还原产物为。
（2）上述浓缩液中含有 $I^{-}$、 $C{l}^{-}$等离子，取一定量的浓缩液，向其中滴加 $AgN{O}_3$溶液，当 $AgCl$开始沉淀时，溶液中 $\frac{c\left(I^{-}\right)}{c\left(C{l}^{-}\right)}$为：，已知 $Ksp\left(AgCl\right)$=1.8×10^-10， $Ksp\left(AgI\right)$=8.5×10^-17。
（3）已知反应 $2HI\left(g\right)=H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)$的 $△H=+11KJ/mol$，1 $mol{H}_2\left(g\right)$、1 $mol{I}_2\left(g\right)$分子中化学键断裂时分别需要吸收436 $KJ$、151 $KJ$的能量，则1 $molHI\left(g\right)$分子中化学键断裂时需吸收的能量为 $KJ$。
（4） $Bodensteins$研究了下列反应： $2HI\left(g\right)$ $H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)$

在716 $K$时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 $x\left(HI\right)$与反应时间 $t$的关系如下表：

$t/min$	0	20	40	60	80	120
$x\left(HI\right)$	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784
$x\left(HI\right)$	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为：。
②上述反应中，正反应速率为 $V$_正= $K$_正· $x^2\left(HI\right)$，逆反应速率为 $V$_逆= $K$_逆· $x\left(H_2\right)·x\left(I_2\right)$，其中 $K$_正、 $K$_逆为速率常数，则 $K$_逆为(以 $K$和 $K$_正表示)。若 $K$_正 = 0.0027 $mi{n}^{-1}$，在 $t$=40 $min$时， $V$_正= $mi{n}^{-1}$

③由上述实验数据计算得到 $V$_正~ $x\left(HI\right)$和 $V$_逆~ $x\left(H_2\right)$的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为（填字母）

（15分)用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染。
已知：反应I：4NH₃（g)+6NO（g)  5N₂（g)＋6H₂O（l)    △H₁
反应II：2NO（g)+O₂（g) 2NO₂（g)            △H₂（且|△H₁| ＝2|△H₂|）
反应III：4NH₃（g)+6NO₂（g) 5N₂（g)＋3O₂（g)＋6H₂O（l)   △H₃
反应I和反应II在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表

温度/K	反应I	反应II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）推测反应III是   反应（填“吸热”或“放热”）
（2）相同条件下，反应I在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图所示。

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NO）=   。
②下列说法正确的是   。
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A)>E_a（B)>E_a（C)
B．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
C．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
（3）一定条件下，反应II达到平衡时体系中n（NO) ∶n（O₂)∶n（NO₂)＝2∶1∶2。在其它条件不变时，再充入NO₂气体，分析NO₂体积分数——φ（NO₂)的变化情况：（填“变大”、“变小”或“不变”）恒温恒压容器，φ（NO₂)   ；恒温恒容容器，φ（NO₂)   。
（4）一定温度下，反应III在容积可变的密闭容器中达到平衡，此时容积为3 L，c（N₂)与反应时间t变化曲线X如下图所示，若在t₁时刻改变一个条件，曲线X变为曲线Y或曲线Z。则：

①变为曲线Y改变的条件是   。变为曲线Z改变的条件是   。
②若t₂降低温度，t₃达到平衡，请在上图中画出曲线X在t₂- t₄内c（N₂)的变化曲线。