高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(17分)二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。
（1）科学家提出由CO₂制取C的太阳能工艺如图所示。

①若“重整系统”发生的反应中=6，则Fe_xO_y的化学式为______________。
②“热分解系统”中每分解l mol Fe_xO_y，转移电子的物质的量为________。
（2）工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚。已知：

①一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是_____(填代号)。
a．逆反应速率先增大后减小
b．H₂的转化率增大
c．反应物的体积百分含量减小
d．容器中的值变小
②在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。

T₁温度下，将6 mol CO₂和12 mol H₂充入2 L的密闭容器中，5 min后反应达到平衡状态，则0～5 min内的平均反应速率=______；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为______________。
（3）常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在NH₄HCO₃溶液中，c(NH₄⁺)___c(HCO₃^-)(填“>”、“<”或“=”)；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂ONH₃·H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=____。(已知常温下NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b=2×10^-5mol·L^-1，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4×10^-7mol·L^-1，K₂=4×10^-11mol·L^-1)

在2 L的恒容密闭容器中，发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) △H＝-a kJ·mol^－1
实验内容和结果分别如下表和下图所示。下列说法正确的是

实验 序号	温度	起始物质的量	热量 变化
A	B
Ⅰ	600℃	1 mol	3 mol	96 kJ
Ⅱ	800℃	0.5 mol	1.5mol	——

A．实验Ⅰ中，10 min内平均速率v(B)＝0.06 mol·L^－1·min^－1
B．600℃时，上述方程式中a＝160   
C．600 ℃时，该反应的平衡常数是0.45
D．向实验Ⅱ的平衡体系中再充入0.5 mol A和1.5 mol B，A的转化率不变

甲醇（CH₃OH）是重要的溶剂和替代燃料。
（1）CO和H₂的混合气体俗称合成气，可以在一定条件下制备甲醇。
CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  ΔH＜0，该反应平衡常数的表达式为       。若压强、投料比x[n(CO)/n(H₂)]对该反应的影响如图所示，则图中曲线所示的压强关系：p₁       p₂（填“=”“>”或“<”）。

（2）NH₄Cl(s) ＝ NH₃(g) + HCl(g)  ΔH =" +163.9" kJ•mol^-1
HCl(g) + CH₃OH(g) → CH₃Cl(g) + H₂O(g)  ΔH =" -31.9" kJ•mol^-1
写出氯化铵和甲醇反应的热化学方程式        ，该反应在一定条件下能自发进行的原因是        。由右图知，HCl和CH₃OH的混合气体通过催化剂时的最佳流速在20 L•min^-1~30 L• min^-1之间。流速过快，会导致氯甲烷产率下降，原因是        。流速过慢，会使副产物二甲醚增多，其反应为2CH₃OH→CH₃OCH₃ + H₂O，生产中常通入适量的水蒸气，该操作对制备CH₃Cl的影响是               。

（3）将有机污水去除氧气后加入到如图所示的微生物电解池内，可以实现污水处理和二氧化碳还原制甲醇。写出电解时阴极的电极反应式       。

一定温度下，向容积为2 L的恒容密闭容器中充入6 mol CO₂和8 mol H₂，发生反应：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH =－49.0kJ·mol^-1
测得n(H₂)随时间变化如曲线Ⅰ所示。下列说法正确的是

A．该反应在0～8 min内CO2的平均反应速率是0.375mol·L^-1·min^-1

B．若起始时向上述容器中充入3 mol CO2和4 mol H2，则平衡时H2的体积分数大于20%

C．若起始时向上述容器中充入4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH和1mol H2O(g)，则此时反应向正反应方向进行

D．改变条件得到曲线Ⅱ、Ⅲ，则曲线Ⅱ、Ⅲ改变的条件分别是升高温度、充入氦气

锰的化合物是优良的催化剂，可用于干电池原料生产等。
（1）锌锰干电池的反应为2MnO₂ +Zn+2NH₄Cl ="2" MnO(OH) +Zn(NH₃)₂Cl₂，MnO(OH)中锰元素的化合价为____。
（2）向废电池还原后的废液（含有Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等）中逐滴滴加Na₂S溶液，最先生成的沉淀为   （填化学式）。[已知K_sp(MnS)=1.4×10-^{1 5}，K_sp(ZnS)=2.9×10 ^-25，K_sp(FeS)=6．0×10^-18]
（3） Mn²⁺催化H₂O₂分解：2H₂O₂(l)=2H₂O(l)+O₂(g)  △H₁，其反应机理如下：

①已知反应Ⅱ为MnO₂(s)+H₂O₂（1） +2H⁺( aq)=Mn²⁺(aq) +O₂(g)+2H₂O（1）  △H₂。写出反应I的热化学方程式（焓变用△H₁和△H₂表示）：               。
②某温度时，向10 mL0.4 mol．L^-1 H₂O₂液中滴入1滴MnSO₄发生分解：2H₂O₂ =2H₂O+O₂，测得不同时刻生成O₂的体积(已折算为标准状况下的体积)如下表：

0～2 min时反应速率比2～4 min时的快，其原因是_________；
0～6 min的平均反应速率v(H₂O₂)=                  （忽略溶液体积的变化）。
（4）锰基催化剂是合成甲醇、二甲醚的催化剂。已知：

①反应I的正反应是            （填“放热”或“吸热”）反应。
②反应Ⅱ的平衡常数表达式为                        。

氮及其化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题，下面是氮的氧化物的几种不同情况下的转化。
（1）已知：2SO₂(g)+ O₂ (g)2SO₃ (g)   △H ＝-196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+ O₂ (g) 2NO₂ (g)   △H ＝-113.0kJ·mol^-1
则SO₂气体与NO₂气体反应生成SO₃气体和NO气体的反应为      （填“放热”或“吸热”）反应。
（2）向绝热恒容密闭容器中通入SO₂和NO₂，一定条件下使反应SO₂(g)＋NO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。

①反应在c点     （填“达到”或“未到”）平衡状态。
②开始时，在该容器中加入：
I：1molSO₂(g)和1molNO₂(g)；
II：1molSO₃(g)和1mol NO(g)，
则达化学平衡时，该反应的平衡常数I     II(填“>”、“＝”或“<”)。
（3）用氢氧化钠溶液吸收氮的氧化物时发生下列反应：
2NaOH + NO + NO₂ = 2NaNO₂ + H₂O
2NaOH + 2NO₂ = NaNO₂ + NaNO₂ + H₂O
将反应混合液和氢氧化钠溶液分别加到下图所示的电解槽中进行电解，A室产生了N₂。

①电极Ⅰ是     极，B室产生的气体是     。
②A室NO₂^－发生的电极反应是      。
（4）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。现有NO、NO₂的混合气6 L，可用同温同压下7 L的NH₃恰好使其完全转化为N₂，则原混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为    。

甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为、和）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①             

②    

③      

回答下列问题：
（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

由此计算＝，已知＝-58，则＝。
（2）反应①的化学平衡常数的表达式为；图1中能正确反映平衡常数随温度变化关系的曲线为（填曲线标记字母），其判断理由是。

（3）合成气的组成＝2.60时，体系中的平衡转化率（）与温度和压强的关系如图2所示。值随温度升高而（填"增大"或"减小"），其原因是。图2中的压强由大到小为，其判断理由是。

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）

下列图示与对应的叙述不相符的是

A．图甲表示反应：4CO（g）+2NO2（g）N2（g）+4CO2（g） ΔH ＜0，在其他条件不变的情况下，改变起始物CO的物质的量对此反应平衡的影响，则有T1＞T2，K1＞K2

B．图乙表示压强对可逆反应2A（g）+2B（g）3C（g）+D（g）的影响，乙的压强比甲的压强大

C．图丙表示的反应是吸热反应，该图表明催化剂不能改变化学反应的焓变

D．图丁表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2（g）N2O4（g），相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的△H＜0

NH₃及其盐都是重要的化工原料。
（1）用NH₄Cl和Ca(OH)₂制备NH₃，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为         、         、        （填字母）。

（2）恒定温度下在特制的密闭真空容器中充入2molNH₃、1molCO₂，发生反应制备氨基甲酸铵 2NH₃(g)＋CO₂(g)  NH₂COONH₄(s)(假设固体试样体积忽略不计)。若容器体积不变，可以判断该反应已经达到化学平衡的是         （填字母）。
A．υ(NH₃)= 2υ(CO₂)
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
上述反应达到平衡后，若在恒温下压缩容器体积，重新达平衡后混合气体中NH₃的体积分数             （填“增加”、“减小”或“不变”）。
（3）铵盐在水溶液中建立如下水解平衡：NH₄Cl+H₂ONH₃·H₂O+HCl，研究表明，浓度、温度、pH均对铵盐水解程度(即上述反应中中NH₄Cl的转化率)产生影响。某兴趣小组探究某一种因素对溶液中NH₄Cl水解程度的影响。
试剂与仪器：固体NH₄Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽(可控制温度)。
设计实验方案，pH为拟测定的数据，表中V(溶液)表示所配制NH₄Cl溶液的体积。

物理量 实验序号	V(溶液)/mL	NH4Cl /g	温度/℃	pH	…
1	100	m	T1		…
2	100	m	T2		…
3	100	2m	T2		…

 
请分析，实验1、2的目的是探究               对溶液中NH₄Cl水解程度的影响，实验2、3的目的是探究              对溶液中NH₄Cl水解程度的影响。

一定温度下，在恒容密闭容器中充入2molNO₂与1molO₂发生反应如下：
4NO₂(g)+O₂(g)  2N₂O₅(g)
（1）已知平衡常数K_350℃＜K_300℃，则该反应是_________反应（填“吸热”或“放热”）；常温下，该反应能逆向自发进行，原因是_______________________。
（2）下列有关该反应的说法正确的是___________。
A．扩大容器体积，平衡向逆反应方向移动，混合气体颜色变深
B．恒温恒容下，再充入2molNO₂和1molO₂，再次达到平衡时NO₂转化率增大
C．恒温恒容下，当容器内的密度不再改变，则反应达到平衡状态
D．若该反应的平衡常数增大，则一定是降低了温度
（3）氮的化合物种类较多，如NH₃、NO、NO₂、HNO₃、硝酸盐等。
①亚硝酸是一种弱酸，能证明亚硝酸是弱电解质的是__________。
A．常温下，亚硝酸钠溶液的pH＞7
B．亚硝酸能和NaOH发生中和反应
C．用亚硝酸溶液做导电性实验，灯泡很暗
D．常温下，将pH=3的亚硝酸溶液稀释10倍 ，pH＜4
②根据酸碱质子理论，凡是能给出质子的分子或离子都是酸，凡是能结合质子的分子或离子都是碱。按照这个理论，下列微粒属于两性物质的是___________。
a．H₂O    b．NO₂^－   c．H₂NCH₂COOH    d．H₂PO₄^－    e．H₂S
③氮同主族磷元素形成的Na₂HPO₄溶液显碱性，若向溶液中加入足量的CaCl₂溶液，溶液则显酸性，其原因是___________________________________________(用离子方程式表示)。
（4）X、Y、Z、W分别是HNO₃、NH₄NO₃、NaOH、NaNO₂四种强电解质中的一种。下表是常温下浓度均为0.01 mol·L^-1的X、Y、Z、W溶液的pH。

0.01mol·L^-1的溶液	X	Y	Z	W
pH	12	2	8.5	4.5

将X、Y、Z各1mol同时溶于水中制得混合溶液，则混合溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为 ________________________________________________。
（5）N₂O₅是一种新型绿色硝化剂,其制备可以用硼氢化钠燃料电池作电源,采用电解法制备得到N₂O₅，工作原理如图。则硼氢化钠燃料电池的负极反应式为 ______________________________。

一定温度下，在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中发生如下反应：PCl₅(g)PCl₃(g)+Cl₂(g)

编号	温度（℃）	起始物质的量 （mol）	平衡物质的量 （mol）	达到平衡所需时间（s）
PCl5（g）	PCl3（g）	Cl2（g）
Ⅰ	320	0.40	0.10	0.10	t1
Ⅱ	320	0.80			t2
Ⅲ	410	0.40	0.15	0.15	t3

下列说法正确的是（ ）
A．平衡常数K：容器Ⅱ＞容器Ⅲ
B．反应到达平衡时，PCl₅的转化率：容器Ⅱ>容器Ⅰ
C．反应到达平衡时，容器I中的平均速率为v（PCl₅）=0.1/t₁ mol/（L•s）
D．起始时向容器Ⅲ中充入PCl₅ 0.30 mol、PCl₃0.45 mol和Cl₂0.10 mol，则反应将向逆反应方向进行

一定条件下合成乙烯：6H₂(g)+2CO₂(g)CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g)；已知温度对CO₂的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是：

A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）

B．平衡常数：KM＞KN

C．当温度高于250℃，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低

D．若投料比n（H2）：n（CO2）=3：1，则图中M点时，乙烯的体积分数为7.7%

（I）A、B、C、D均为中学化学常见的纯净物，A是单质。它们之间有如下的反应关系：

（1）若B是淡黄色固体，②③反应均用到同一种液态氢化物。D物质常用于食品工业。写出④反应的化学方程式___________________________。
（2）若B是气态氢化物。C、D是氧化物且会造成光化学烟雾污染。写出③反应的化学方程式______________。
（3）若D物质具有两性，②③反应均要用强碱溶液，④反应是通入过量的一种引起温室效应的主要气体。写出④反应离子方程式________________________。
（4）若A是太阳能电池用的光伏材料。C、D为钠盐，两种物质中钠、氧外的元素为同一主族，且溶液均显碱性。写出②反应的化学方程式________________________。
（5）若A是应用最广泛的金属。④反应用到A，②⑤反应均用到同一种非金属单质。写出④反应的离子方程式______________________________________________。
（II）在温度相同、体积均为1 L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下。已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)   ΔH ="-98.3" kJ·mol^-1。

容 器	甲	乙	丙
反应物投入量	2 mol SO2、1 mol O2	2 mol SO3	m mol SO2、n mol O2、p mol SO3
c(SO3) /mol·L^-1	1.4	1.4	1.4
能量变化	放出a kJ	吸收b kJ	吸收c kJ
SO2或SO3的转化率	α1	α2	12.5%

则：α₁+α₂=_________________，p=________________mol，b+c="_______________kJ" 。
（III）HA、H₂B、H₃C三种弱酸，根据“较强酸+较弱酸盐较强酸盐+较弱酸”的反应规律，它们之间能发生下列反应：A．HA+HC^2-(少量)A^-+H₂C^-     B．H₂B(少量)+2A^-B^2-+2HA
C．H₂B(少量)+H₂C^-HB^-+H₃C
回答下列问题：
（1）相同条件下，HA、H₂B、H₃C三种酸中，酸性最强的是_____________。
（2）A^-、B^2-、C^3-、HB^-、H₂C^-、HC^2-六种离子中，最易结合质子(H⁺)的是_________，最难结合质子的是____________。
（3）完成下列反应的离子方程式HA（过量）＋C^3-：________________________________。
(IV)在25下，将a mol/L的氨水与0.01 mol/L的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c(NH₄⁺) = c(Cl^－)，则溶液显______________（填“酸”、“碱”或“中”）性；用含a的代数式表示NH₃·H₂O的电离常数Kb=_____________。

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，工业上以天然气为原料合成氨。其生产
工艺如下：造气阶段→转化阶段→分离净化→合成阶段
（1）造气阶段的反应为：CH₄（g）＋H₂O（g） CO（g）＋3H₂（g）   ΔH＝＋206.1 kJ/mol
①在一个密闭容器中进行上述反应， 测得CH₄的物质的量浓度随反应时间的变化如下图1所示，10min时，改变的外界条件可能是                 。
②如图2所示，在初始容积相等的甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH₄和H₂O。在相同温度下发生反应，并维持反应过程中温度不变。则达到平衡时，两容器中CH₄的转化率大小关系为：α_甲（CH₄）
             α_乙（CH₄）

（2）转化阶段发生的可逆反应为：CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），在一定温度下，反应的平衡常数为K＝1。某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此时反应中正、逆反应速率的关系式是             （填序号）。
a．v（正）＞v（逆）      b．v（正）＜v（逆）         c．v（正）＝v（逆）     d．无法判断
（3）合成氨反应为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）  ∆H=－92.4kJ/mol，根据勒夏特列原理，简述提高合成氨原料转化率的一种方法                          。
（4）工业合成氨的热化学方程式为N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）   ΔH＝－92.4 kJ·mol^－1。在某压强恒定的密闭容器中加入2mol N₂和4mol H₂，达到平衡时，N₂的转化率为50%，体积变为10 L。求：
①该条件下的平衡常数为_________；
②若向该容器中加入a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃，且a、b、c 均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同。反应放出的热量__________（填“>”“<”或“＝”）92.4 kJ。
③在一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中，发生合成氨反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是____________
a．v（N₂）=3v（NH₃）
b．混合气体的密度不随时间改变
c．混合气体的平均相对分子质量不随时间改变
d．容器中的压强不随时间改变
e．c（N₂）=c（NH₃）