高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响简答题

工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：
CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g）
已知温度、压强和水碳比[n（H₂O）/n（CH₄）]对甲烷平衡含量（%）的影响如下图1：

图1 （水碳比为3）                    图2 （800℃）
（1）CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g）。的H          0（填“＞”或“＜”）；若在恒温、恒压时，向该平衡体系中通入氦气平衡将           移动（填“向正应方向”、“向逆反应方向”或“不”）。
（2）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是                      。
（3）其他条件不变，请在图2中画出压强为2MPa时，甲烷平衡含量（%）与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）
（4）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在2L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。）

在一个容积为2L的密闭容器中，加入0．8mol的A₂气体和0．6molB₂气体，一定条件下发生如下反应：A₂（ｇ）＋B₂（ｇ）2AB（ｇ）△H＜0，反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示。

（1）在上述反应达到平衡后，第4min时，若将容器的体积快速扩大一倍（其他条件不变），请在图中画出4min～5min的AB浓度的变化线。
（2）在相同条件下，若开始时向此容器中加入的A₂（g）、B₂（g）和AB（g）的物质的量分别为0．4mol、0．2mol、0．8mol。则反应向           反应方向进行（填“正”或“逆”）。判断依据是             。反应达到平衡后，各物质的体积分数与原平衡相比___________（填序号）
①A₂、B₂减小，AB增大  ②A₂、B₂增大，AB减小  ③均不变  ④无法确定

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

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。

二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO₂更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为Cu0/Zn0/Al₂ O₂）：2CO（g)+4H₂（g)CH₃OCH₃（g)+H₂O（g) △H=-204．7kJ/mol。
（1）若反应在恒温、恒压下进行，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的是      。

A．CO和H2的物质的量浓度比是1：2

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2倍

C．容器中混合气体的体积保持不变

D．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变

E．容器中棍合气体的密度保持不变
（2）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：
CO（g)+2H₂（g)=CH₃OH（g)          △H₁=-100．46kJ/mol
2CH₃OH（g)=CH₃OCH₃（g)+H₂O（g)    △H₂
CO（g)+H₂O（g)=CO₂（g)+H₂（g)    △H₃=-38．7kJ/mol
则△H₂=              。
（3）复合催化剂的制备方法之一是Na₂ C0₃共沉淀法：制备1 mol/L的硝酸铜，硝酸锌和硝酸铝的水溶液。然后向盛有去离子水的烧杯中同时滴加混合硝酸盐溶液和1 mol/L的Na₂C0₃水溶液，70℃下搅拌混合。沉淀后过滤，洗涤沉淀物，80℃下干燥12小时，然后500℃下焙烧16小时。请写出上述过程中硝酸铝与Na₂C0₃水溶液反应的离子方程式：
（4）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的     （填正、负）极，通DME的电极反应为        。

（共10分）如图表示反应N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)； △H<0 在某一时间段反应速率与反应过程的曲线关系图,

①达到平衡后，若只改变一个条件，则t₁条件为       ；t₃条件为       ；t₄条件为       ；
②则图中氨的百分含量最低的时间段是:（   ）

A．ｔ0－t1

B．t2－t3

C．t3－t4

D．t5－t6

③请在右图中画出t₆时刻既增加氢气浓度同时又减小氨气浓度的速率随时间的变化图。

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) ΔH＝－92．4 kJ·mol^－1一种工业合成氨的简易流程图如下：

（1）在密闭容器中，使2 mol N₂和6 mol H₂混合发生下列反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)(正反应为放热反应)，当反应达到平衡时，N₂和H₂的浓度比是   。升高平衡体系的温度(保持体积不变)，混合气体的平均相对分子质量  (填“变大”、“变小”或“不变”) 。
（2）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，写出再生反应的化学方程式： _________________。
（3）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH₄(g)＋H₂O(g) CO(g)＋3H₂(g)   ΔH＝＋206．4 kJ·mol^－1
②CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)    ΔH＝－41．2 kJ·mol^－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H₂百分含量，又能加快反应速率的措施是________。
a．升高温度           b．增大水蒸气浓度
c．加入催化剂         d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H₂产量。若a mol CO和H₂的混合气体(H₂的体积分数为80%)与H₂O反应，得到1．14a mol CO、CO₂和H₂的混合气体，则CO转化率为__________________。
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：                 。

工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下：

（1）已知反应一经发生，铂铑合金网就会处于红热状态。写出氨催化氧化的化学方程式：____________。
当温度降低时，化学平衡常数K值________(填“增大”、“减小”或“无影响”)。
（2）氨气是制取硝酸的重要原料，合成氨反应的化学方程式如下：N₂＋3H₂2NH₃，该反应在固定容积的密闭容器中进行。
①下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。

A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2

B．v正(N2)＝v逆(H2)

C．容器内压强保持不变

D．混合气体的密度保持不变

②若在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合通入一个容积为2 L固定容积的密闭容器中，5 min后反应达平衡时，n(N₂)＝1．0 mol，n(H₂)＝0．8 mol，n(NH₃)＝0．8 mol，则反应速率v(H₂)＝________，平衡常数＝________。
③若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡将    (填“向左移动”、“向右移动”或“不移动”)。达到新平衡后，容器内温度    (填“大于”、“小于”或“等于”)原来的2倍。

(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。

已知某温度下：
反应①：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)，ΔH=" +41.2" kJ/mol；
反应②：(g)(g)+H₂(g)，ΔH=" +117.6" kJ/mol。
①、②的化学反应平衡常数分别为K₁、K₂。
（1）请写出二氧化碳氧化乙苯制备苯乙烯的热化学反应方程式              。该反应的化学平衡常数K=         （用K₁、K₂表示）。
（2）恒温恒容条件下，反应①达到平衡后，t₁时刻通入少量CO₂。请画出t₁之后的正逆反应曲线，并作出标注。

（3）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）=0.50mol/L、c（N₂O₄）="0.125" mol/L，则2NO₂(g)N₂O₄（g）的平衡常数K=             (写出计算结果) ；若NO₂起始浓度为2 mol/L，在相同条件下反应达到平衡时，NO₂的转化率为           。
（4）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO₂（g）＋H₂（g） CO（g）＋H₂O（g），其化学平衡常数K和温度T的关系如下表：

T/℃	700	800	830	1 000	1 200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

回答下列问题：
①该反应为________反应（填“吸热”、“放热”）。
②能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是          。
A．及时分离出CO气体              B．适当升高温度
C．增大CO₂的浓度                  D．选择高效催化剂

、碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni (s)＋4CO(g)Ni(CO)₄(g)，ΔH＜0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是      （填字母编号）。

A．增加Ni的量可提高CO的转化率，Ni的转化率降低

B．缩小容器容积，平衡右移，ΔH减小

C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时， CO的体积分数降低

D．当4v正[Ni(CO)4]= v正(CO)时或容器中混合气体密度不变时,都可说明反应已达化学平衡状态

（2）CO与镍反应会造成含镍催化剂的中毒。为防止镍催化剂中毒，工业上常用SO₂将CO氧化，二氧化硫转化为单质硫。
已知：CO (g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)      ΔH＝－Q₁ kJ·mol^-1
S(s)＋O₂(g)＝SO₂(g)        ΔH＝－Q₂ kJ·mol^-1
则SO₂(g)＋2CO (g)＝S(s)＋2CO₂(g)     ΔH＝                     。
（3）对于反应：2NO（g）+O₂2NO₂(g)，向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线（如图）。
①比较P₁、P₂的大小关系：________________。
②700℃时，在压强为P₂时，假设容器为1L，则在该条件平衡常数的数值为______（最简分数形式）
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为            。若该燃料电池使用一段时间后，共收集到20mol Y，则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为         L。

(15分)甲醇是基本有机化工原料。甲醇及其可制得产品的沸点如下。

（1）在425℃、A1₂O₃作催化剂，甲醇与氨气反应可以制得二甲胺。二甲胺显弱碱性，与盐酸反应生成(CH₃)₂NH₂Cl ,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为                     。
（2）甲醇合成二甲基甲酰胺的化学方程式为：

若该反应在常温下能自发进行，则△H      0 （填“ > ”、“ < ”或“ = " ）。
（3）甲醇制甲醚的化学方程式为：2CH₃OHCH₃OCH₃+H₂O   △H。一定温度下，在三个体积均为1.0L 的恒容密闭容器中发生该反应。

①x/y＝         。
②已知387℃时该反应的化学平衡常数K=4。若起始时向容器I中充入0．1 mol CH₃OH、0.15 mol CH₃OCH₃和0．10 mol H₂O，则反应将向       (填“正”或“逆”)反应方向进行。
③容器Ⅱ中反应达到平衡后，若要进一步提高甲醚的产率，可以采取的措施为       。
（4）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯工作原理如下图所示。

电源负极为    (填“A”或“B")，写出阳极的电极反应式                      。
若参加反应的O₂为 1．12m ³(标准状况），则制得碳酸二甲酯的质量为     kg。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：
CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________________________________________________________________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。
III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s) 5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = ____________________。
（6）下列说法不正确的是___________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

减少二氧化碳的排放，氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是一项重要的热点课题。
Ⅰ.（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO₂(g) + 6H₂(g)C₂H₄(g) + 4H₂O(g)    
在0.1 MPa时，按＝1:3投料，图1所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系。

①该反应的△H__________0（填“>”、“＝”或“<”）。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________。
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示。
b为电源的__________极，电解时，生成乙烯的电极反应式是                       。
Ⅱ.（3）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。
如反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g) △H＝Q kJ·mol^－1。
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

①T_l℃时，该反应的平衡常数K＝              。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______（答一种即可）。
Ⅲ．（4）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2－)较小的是      ，用文字和化学用语解释原因                             。