高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(14分)以硫铁矿(主要成分为FeS₂)为原料制取硫酸，其烧渣可用来炼铁。
（1）煅烧硫铁矿时发生反应：FeS₂＋O₂―→Fe₂O₃＋SO₂(未配平)。当产生448 L(标准状况)SO₂时，消耗O₂的物质的量为____________。
（2）Fe₂O₃用CO还原焙烧的过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图所示。

(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的；A、B、C、D四个区域分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe稳定存在的区域)
已知：3Fe₂O₃(s)＋CO(g)===2Fe₃O₄(s)＋CO₂(g)；ΔH₁＝a kJ·mol^－1
Fe₃O₄(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO₂(g)；ΔH₂＝b kJ·mol^－1
FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO₂(g)；ΔH₃＝c kJ·mol^－1
① 反应Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)的ΔH＝____________kJ·mol^－1(用含a、b、c的代数式表示)。
②800 ℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，Fe₂O₃用CO还原焙烧反应的化学方程式为__________________。
③ 据图分析，下列说法正确的是___________ (填字母)。
a. 温度低于570℃时，Fe₂O₃还原焙烧的产物中不含FeO
b. 温度越高，Fe₂O₃还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高
c. Fe₂O₃还原焙烧过程中及时除去CO₂有利于提高Fe的产率
（3） FeS₂是Li/FeS₂电池(示意图如图)的正极活性物质。

①FeSO₄、Na₂S₂O₃、S及H₂O在200 ℃时以等物质的量连续反应24 h后得到FeS₂。写出该反应的离子方程式：                。
②Li/FeS₂电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应为FeS₂＋4Li===Fe＋4Li^＋＋2S^2－。该反应可认为分两步进行：第1步，FeS₂＋2Li===2Li^＋＋FeS₂^2-，则第2步正极的电极反应式为____________________。

已知某可逆反应：2M(g)N(g) △H＜0。现将M和N的混和气体通入容积为l L的恒温密闭容器中，反应体系中各物质浓度随时间变化关系如图所示。下列说法中，正确的是

A．a、b、c、d四个点中处于平衡状态的点是a、b

B．反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是加入了0.4 mol N

C．若调节温度使35 min时体系内N的体积分数与15 min时相等，应升高温度

D．若在40 min时出现如图所示变化，则可能是因为加入催化剂引起的

煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
（1）已知：

①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）   △H=+131.3kJ·mol^﹣1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g） △H=+41.3kJ·mol^﹣1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为                 。
该反应在           （填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行．
（2）有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C（s）+2NO（g） N₂（g）+CO₂（g）．向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得各物质的浓度如下表所示：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0．25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min内，N₂的平均反应速率v（N₂）=                      ．
②30min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__________（填字母序号）．
A．通入一定量的NO        B．加入一定量的活性炭
C．加入合适的催化剂      D．适当缩小容器的体积
（3）研究表明：反应CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g）平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol·L^﹣1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为              ．
（4）用CO做燃料电池电解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极．工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同．

①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为             ．
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是            （填离子符号）的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要             mL 5.0mol·L^﹣1 NaOH溶液．

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
（1） I₂O₅可使H₂S、CO、HCl等氧化,常用于定量测定CO的含量。已知:
2I₂(s)+5O₂(g)2I₂O₅(s) ΔH="-75.56" kJ·mol^-1
2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g) ΔH="-566.0" kJ·mol^-1
写出CO(g)与I₂O₅(s)反应生成I₂(s)和CO₂(g)的热化学方程式:                    。
（2） 降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器,发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g) ΔH<0
①该反应的化学平衡常数表达式为K=                       。
②一定条件下,将体积比为1∶2的NO、CO气体置于恒容密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是             (填字母)。
a. 体系压强保持不变
b. 混合气体颜色保持不变
c. N₂和CO₂的体积比保持不变
d. 每生成1 mol N₂的同时生成2 mol NO
③若在一定温度下,将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的容器中, 反应过程中各物质的浓度变化如下图所示。若保持温度不变,20 min时再向 容器中充入CO、N₂各0.6 mol,平衡将         (填“向左”、“向右”或“不”)移动。20 min时,若改变反应条件,导致N₂浓度发生如右图所示的变化,则改变的条件可能是          (填字母)。a. 加入催化剂     b. 降低温度  c. 增加CO₂的量

(16分)氮氧化合物是目前造成大气污染的主要气体。NO在空气中存在如下反应：
2NO(g) + O₂(g) 2NO₂(g)  ΔH
（1）上述反应分两步完成，其中第一步反应①如下，写出第二步反应②的热化学方程式（其反应的焓变ΔH₂用含ΔH、ΔH₁的式子来表示）：
①2NO(g) N₂O₂(g)     ΔH₁<0   ②__________________________
（2）在某温度下的一密闭容器中充入一定量的NO₂，测得NO₂的浓度随时间的变化曲线如下图所示，前5 秒内的O₂的平均生成速率为___________________mol•L^-1•s^-1，该条件下反应：2NO + O₂2NO₂的化学平衡常数数值为_________________，平衡后某时刻，升高反应体系的温度，建立新平衡状态后，测的混合气体的平均相对分子质量小于原平衡状态，则：
2NO(g) + O₂(g)  2NO₂(g)      ΔH______0（填“<”或 “>”）；

（3）2NO(g) + O₂(g)  2NO₂(g)的两步反应中，反应①的反应速率数值较大，是一个快反应，会快速建立平衡状态，而反应②是一个慢反应，则决定反应2NO(g) + O₂(g)  2NO₂(g)反应速率的是反应__________（填”①”或“②”）。对（2）中反应体系升高温度的过程中，发现2NO(g) + O₂(g)  2NO₂(g)的反应速率变慢，结合该反应的两步反应过程分析可能的原因__________________________(反应未使用催化剂)。
（4）若（2）中反应体系，反应开始时使用催化剂，请在（2）的图中画出该反应体系反应进程可能的曲线。
（5）电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，如右图示，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2­-，电解池阴极反应为__________________。

能源问题是人类社会面临的重大课题。甲醇是未来重要的绿色能源之一。
（l）已知：在 25 ℃、101 kPa 下,1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ。
请写出甲醇燃烧的热化学方程式                  。
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：
CO₂（g）+ 3H₂ （g）CH₃OH（g）+H₂O （g ）
在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如下图所示（注：T₁、T₂均大于300 ℃）

①合成甲醇反应的△H    0。（填“>”、“<”或“="”" ）。
②平衡常数的表达式为:              ．温度为T₂时的平衡常数     温度为T₁时的平衡常数（填“>”、“<”或“=”）
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1 molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为            。
（3）利用甲醇燃料电池设计如下图所示的装置。该装置中 Pt 极为        极；写出 b极的电极反应式              ．

随着世界粮食需求量的增长，农业对化学肥料的需求量越来越大，其中氮肥是需求量最大的一种化肥。而氨的合成为氮肥的生产工业奠定了基础，其原理为：N₂＋3H₂2NH₃
（1）在N₂＋3H₂2NH₃的反应中，一段时间后，NH₃的浓度增加了0.9 mol·L^－1。用N₂表示其反应速率为0.15 mol·L^－1·s^－1，则所经过的时间为         ；
A．2 s          B．3 s         C．4 s          D．6 s
（2）下列4个数据是在不同条件下测得的合成氨反应的速率，其中反应最快的是         ；
A．v(H₂)＝0.1 mol·L^－1·min^－1          B．v(N₂)＝0.1 mol·L^－1·min^－1
C．v(NH₃)＝0.15 mol·L^－1·min^－1        D．v(N₂)＝0.002mol·L^－1·min^－1
（3）在一个绝热、容积不变的密闭容器中发生可逆反应：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＜0。下列各项能说明该反应已经达到平衡状态的是            。
A．容器内气体密度保持不变                    
B．容器内温度不再变化
C．断裂3 mol H-H键的同时，断裂6 mol N—H键
D．反应消耗N₂、H₂与产生NH₃的速率之比1︰3︰2

相同温度下,体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：X₂(g) + 3Y₂(g)2XY₃(g)   △H=－92.6 kJ.mol^-1

容器 编号	起始时各物质物质的量/mol	达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化
X2	Y2	XY3
①	1	3	0	2分钟	放热46.3kJ
②	0.4	1.2	1.2	/	Q(Q>0)

实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示，下列叙述不正确的是
A．容器①中反应达平衡时用XY₃表示的反应速率为v(XY₃)=1/30moI.L^-l·s^-1
B．平衡时，两个容器中XY₃的物质的量浓度相等
C．容器②中反应达到平衡时吸收的热量为Q
D．若容器①体积为0.3L，则达平衡时放出的热量大于46.3kJ

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃(g) + H₂O(l) 2 CH₃OH(l)  △H＝＋24.52kJ/mol
②CH₃OH(l) + H₂O(l)  CO₂(g) + 3H₂(g)  △H＝＋49.01kJ/mol
③CO(g) + H₂O(l)  CO₂(g) + H₂(g)  △H＝－41.17kJ/mol
④CH₃OH(l)  CO (g) + 2H₂(g)  △H＝＋90. 1kJ/mol
请回答下列问题：
（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式___________。
（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=___________。
（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为___________。
A．容器内气体密度保持不变       
B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变         
D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，
 
①你认为反应控制的最佳温度应为___________。
A．300～350℃     B．350～400℃     C．400～450℃     D．450～500℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是___________（用相应的化学方程式表示）。
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工产品。
（1）合成氨的原料气N₂和H₂通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。其主要反应是：
① 2C + O₂ → 2CO  
② C + H₂O(g) → CO + H₂  
③ CO + H₂O(g) → CO₂ + H₂
某次生产中将焦炭、H₂O(g)和空气（设空气中N₂和O₂的体积比为4:1，下同）混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表：则表中x=      m³。

气体	CO	N2	CO2	H2	O2
体积（m^3）（标准状况）	x	20	12	60	1.0

（2）汽车尾气会排放氮的氧化物污染环境。已知气缸中生成NO的反应为：
N₂(g)+O₂(g)  2NO(g) H＞0
若1mol空气含有0.8molN₂和0.2molO₂,1300℃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，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是          。
（3）SO₂和氮的氧化物都是空气中的有害气体，已知：
2SO₂(g)＋O₂(g)  2SO₃(g)    ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1
2NO(g)＋O₂(g) 2NO₂(g)   ΔH＝－113.0 kJ·mol^－1
则反应NO₂(g)＋SO₂(g) SO₃(g)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol^－1。
（4）25℃时，电离平衡常数：

化学式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6(酒石酸)
电离平衡常数	K1=4.3×10^-7  K2=5.6×10^-11	3.0×10^-8	K1=9.1×10^-4  K2=4.3×10^-5

回答下列问题：
a.常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，所得溶液中各种离子浓度关系不正确的是
A．c(Na⁺) ＞ c(ClO^－) ＞c(HCO₃^－) ＞c(OH^－)
B．c(Na⁺) ＞ c(HCO₃^－) ＞c(ClO^－) ＞ c(H⁺)
C．c(Na⁺) ==" c(HClO)" +c(ClO^－)+ c(HCO₃^－) + c(H₂CO₃)+ c(CO₃^2－)
D．c(Na⁺) + c(H⁺)== c(ClO^－)+ c(HCO₃^－) + 2c(CO₃^2－)
E．c(HClO) + c(H⁺)+ c(H₂CO₃)== c(OH^－) + c(CO₃^2－)
b.常温下，0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c（HC₄H₄O₆^－）+2 c（C₄H₄O₆^2－）=            （列出计算式）。

目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）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）＋2H₂ O(g） ΔH＝－574 kJ·mol^－1
②CH₄ (g）＋4NO(g）＝2N₂ (g）＋CO₂ (g）＋2H₂ O(g） ΔH＝－1160 kJ·mol^－1
③H₂O(g）＝H₂O(l） ΔH＝－44．0 kJ·mol^－1
写出CH₄(g）与NO₂(g）反应生成N₂(g）、CO₂(g）和H₂O(l）的热化学方程式__________
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s）＋2NO(g）N₂ (g）＋CO₂ (g）某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

浓度/mol·L^-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______
A．容器内CO₂的浓度保持不变
B．v_正（N₂）="2" v_正（NO）
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在该温度下时．该反应的平衡常数为              (保留两位小数）；
③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是_____________。
（3）合成塔失去活性的铬锌触媒可用于制备锌锰电池。在碱性条件下，该电池的总反应为： Zn(s） ＋2MnO₂ (s） ＋H₂O(l） = Zn(OH）₂ (s） ＋Mn₂O₃(s） ，该电池正极的电极反应式是               。PbO₂可以通过石墨为电极，Pb(NO₃）₂和Cu(NO₃）₂的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为            ，阴极上观察到的现象是；            若电解液中不加入Cu(NO₃）₂这样做的主要缺点是             。

氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。
（1）合成氨反应N₂(g) + 3H₂(g)2NH₃(g)在一定条件下能自发进行的原因是           。电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图1所示，阴极的电极反应式是                     。

（2）氨碳比[n(NH₃)/n(CO₂)]对合成尿素[2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(g)+H₂O(g)]有影响，恒温恒容时，将总物质的量3 mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比进行反应，结果如图2所示。a、b线分别表示CO₂或NH₃的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化。[n(NH₃)/ n(CO₂)]=           时，尿素产量最大；经计算，图中y=               （精确到0.01）。
（3）废水中含氮化合物的处理方法有多种。
①NaClO溶液可将废水中的NH₄⁺转化为N₂。若处理过程中产生N₂ 0.672 L（标准状况），则需要消耗0.3mol·L^-1的NaClO溶液               L。
②在微生物的作用下，NH₄⁺经过两步反应会转化为NO₃^-，两步反应的能量变化如图3所示。则1 mol NH₄⁺ (aq)全部被氧化成NO₃^- (aq)时放出的热量是               kJ。

③用H₂催化还原法可降低水中NO₃^-的浓度，得到的产物能参与大气循环，则反应后溶液的pH       （填“升高”、“降低”或“不变”）。

Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H₂(g)+I₂(g) 。在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：

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

由上述实验数据计算得到v_正～x(HI)和v_逆～x(H₂)的关系可用如图表示。当改变条件，再次达到平衡时，下列有关叙述不正确的是

A．若升高温度到某一温度，再次达到平衡时，相应点可能分别是A、E
B．若再次充入a mol HI，则达到平衡时，相应点的横坐标值不变，纵坐标值增大
C．若改变的条件是增大压强，再次达到平衡时，相应点与改变条件前相同
D．若改变的条件是使用催化剂，再次达到平衡时，相应点与改变条件前不同

Ⅰ．CO可用于合成甲醇。在压强为0．1MPa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入a mol CO和2a mol H₂，在催化剂作用下合成甲醇：
CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如下图：

（1）该反应属于          反应(填“吸热”或“放热”)。
（2）100℃时，该反应的平衡常数：K＝            (用a、b 的代数式表示)。
（3）在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO，2a mol H₂，达到平衡时CO转化率      (填“增大”“不变”或“减小”)
Ⅱ．T ℃时，纯水中c(OH^－)为10^－6 mol·L^－1，则该温度时
（1）将pH＝3 的H₂SO₄溶液与pH＝10的NaOH溶液按体积比9：2 混合，所得混合溶液的pH为        。
（2）若1体积pH₁＝a的某强酸溶液与10体积pH₂＝b的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则混合前，该强酸的pH₁与强碱的pH₂之间应满足的关系是           。
Ⅲ． 在25mL的氢氧化钠溶液中逐滴加入0．2 mol/ L醋酸溶液，滴定曲线如图所示。

（1）该氢氧化钠溶液浓度为________________。
（2）在B点，a_________12．5 mL（填“＜”“>”或“=”）。若由体积相等的氢氧化钠溶液和醋酸溶液混合且恰好呈中性，则混合前c(NaOH)            c(CH₃COOH)
（3）在D点，溶液中离子浓度大小关系为_____________________。

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