高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

【改编】(17分)合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。
（1）已知N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) H=-92．2kJ·mol^-1。在一定条件下反应时，当电子转移3mol时，放出的热量为            。
（2）合成氨混合体系在平衡状态时NH₃的百分含量与温度的关系如下图所示。由图可知：

①温度T₁、T₂时的平衡常数分别为K₁、K₂，则K₁     K₂(填“>”或“<”)。若在恒温、恒压条件下，向平衡体系中通入氦气，氮气的平衡转化率      (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②T₂温度时，在1L的密闭容器中加入2.1mol N₂、l.5molH₂，经10min达到平衡，则v（NH₃）=         。达到平衡后，如果再向该容器内通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，则V_正      V_逆(填“>”或“<”或“=”)。
（3）工业上用CO₂和NH₃反应生成尿素：CO₂(g)+2NH₃(g)H₂O（1）+CO(NH₂)₂（1）△H，在一定压强下测得如下数据：

①该反应破坏旧化学键吸收的能量    形成新化学键放出的能量，表中数据a   d，b   f(均选填“>”、“=”或“<”)。
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO₂、NH₃，应如何处理             。

(14分)已知体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)，请根据化学反应的有关原理回答下列问题：
（1）一定条件下，充入2 mol SO₂ (g) 和2 mol O₂(g)，20 s后，测得SO₂的体积百分含量为12.5%，则用SO₂表示该反应在这20 s内的反应速率为            mol/(L·s)。
（2）该反应的平衡常数(K)表达式为        ，若降温其值增大，则该反应的ΔH     0（填“＞”或“＜”或“＝”）。
（3）如图表示该反应的速率(v)随时间(t)的变化的关系：

据图分析：你认为t₃时改变的外界条件可能是________；t₆时保持体积不变向体系中充入少量He气，平衡_____移动。(填“向左”“向右”或“不”)。
（4）如图，P是可自由平行滑动的活塞，在相同温度时，向A容器中充入4 mol SO₃(g)，关闭K，向B容器中充入2 mol SO₃(g)，两容器内分别充分发生反应。已知起始时容器A和B的体积均为a L。试回答：

①反应达到平衡时容器B的体积为1.2 a L，容器B中SO₃转化率为________。
②若打开K，一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为________L（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）。

【改编】向甲、乙、丙三个恒温恒容的密闭容器中，发生反应：A(g)＋B(g) xC(g)  △H＜0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示：

容器	甲	乙	丙
容积（L）	0.5	0.5	0.5
能量变化（kJ）	Q1	Q2	Q3
反应物起始量	A、B各1 mol	A、B各0.5 mol	C 0.5 mol

下列说法正确的是
A．x=1              
B．Q₁=2Q₃            
C．根据题中信息无法计算a值
D．保持其他条件不变，起始时充入A、B、C各2mol，则此时向逆反应方向移动

CO₂、SO₂、NO_x是对环境影响较大的气体，控制和治理CO₂、SO₂、NO_x是解决温室效应、减少酸雨和光化学烟雾的有效途径。
（1）下图是在101 kPａ，298 K条件下1 mol NO₂和1 mol CO反应生成1 mol CO₂和1 mol NO过程中能量变化示意图。

已知：①N₂ (g) ＋O₂ (g) ＝2 NO (g)       ΔH＝179.5 kJ·mol^—1
②2NO (g) ＋O₂ (g) ＝2 NO₂ (g)      ΔH＝^—112.3 kJ·mol^—1
请写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方程式：_____________________。
（2）工业上正在研究利用CO₂来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：
CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）     ΔH＝^—49.0 kJ·mol^—1
某科学实验小组将6 mol CO₂和8 mol H₂充入一容积为2 L的密闭容器中（温度保持不变），测得H₂的物质的量随时间变化如下图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）。

①该反应在0 ～8 min内CO₂的平均反应速率是_____________________；
②该反应的平衡常数表达式为：K＝_____________________；
③仅改变某一条件再进行实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是_____________________，曲线Ⅱ改变的条件可能是____________________。若实线对应条件下平衡常数为K，曲线Ⅰ对应条件下平衡常数为K₁，曲线Ⅱ对应条件下平衡常数为K₂，则K、K₁和K₂的大小关系是_____________________；
（3）有学者设想以如图所示装置用电化学原理将他们转化为重要化工原料。请回答：

①若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极反应式___________________；
②若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，则正极反应式__________________。

【改编】某化学兴趣小组对碳的氧化物做了深入的研究并取得了一些成果。
已知：C(s)+O₂(g)CO₂(g)     △H＝-393kJ•mol^-1；
2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)     △H＝-566kJ•mol^-1；
（1）将水蒸气喷到灼热的炭上实现炭的气化（制得CO、H₂），若要得到该反应的热化学方程式，还需要知道反应（用化学方程式表示）      的焓变。
（2）将一定量CO(g)和H₂O(g)分别通入容积为1L的恒容密闭容器中，发生反应：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三组数据：

实验组序	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所 需时间/min
		H2O	CO	CO2
1	500	4	4	2.0	6
2	750	2	1	0.6	3
3	750	2	1	0.6	1

①500℃时该反应的平衡常数K＝______________。
②该反应的逆反应为           (填“吸热”或“放热”)反应。
③实验2中，0～3min时段内，以v(H₂)表示的反应速率为           。
④实验3与实验2相比，改变的条件是          。请在下图坐标中画出“实验2”与“实验3”中c(CO₂)随时间变化的曲线，并作必要的标注。

（3）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用 Li₂CO₃和 Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO₂的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，则负极电极反应式为                        。
（4）常温常压下，饱和CO₂水溶液的pH＝5.6，c(H₂CO₃)＝1.5×10^-5mol/L。若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^－+H⁺的电离平衡常数K＝       。（已知：10^－5.6＝2.5×10^－6）

(14分)为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究利用CO和H₂O反应转化为绿色能源H₂。已知：
2CO（g）+O₂（g）＝2CO₂（g）  △H＝—566kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）＝2H₂O（g）  △H＝—483.6kJ•moL^-1
H₂O（g）＝H₂O（l）  △H＝—44.0kJ•moL^-1
（1）写出CO和H₂O(g)作用生成CO₂和H₂的热化学方程式：___________________________。
（2）氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的热化学方程式如下：
N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＝—92.4kJ/mol
当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件(不改变N₂、H₂和NH₃的量)，反应速率与时间的关系如图所示。
   
①图中t₃时引起平衡移动的条件可能是__________________________________________，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是_____________。
②温度为T℃时，将1 mol N₂和2 mol H₂放入容积为0.5 L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的平衡转化率为50％。则反应在T℃时的平衡常数为____________mol^-2·L²。
③目前工业合成氨的原理是：
下图表示随条件改变，平衡体系中氨气体积分数的变化趋势。

当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(填序号，下同)__________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是___________。
（3）常温下氨气和HCl均极易溶于水，现将相同体积、相同物质的量浓度的氨水和盐酸混合，所得溶液中各离子的物质的量浓度按照由大到小的顺序排列依次为_______>_______>_______>________。

(14分)汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户，汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体，其污染问题也成为当今社会急需解决的问题。
（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如图：

则该反应的热化学方程式为_____________________________。
（2）对汽车加装尾气净化装置，可使CO、NOx有毒气体相互反应转化为无毒气体。
2xCO＋2NOx ="=" 2xCO₂＋N₂，当转移电子物质的量为0.4x mol时，该反应生成标准状况下的N₂体积_____________________L。
（3）一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。可以还原金属氧化物，还可以用来合成很多有机物如甲醇等。在压强为0.1 MPa条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下反应生成甲醇： CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)；△H＝ -b kJ•mol-1
①该反应的平衡常数表达式为_____________________________。
②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______________

A．升高温度	B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大	D．再充入1 mol CO和3 mol H2

③经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：

温度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO) ＝0.4 mol/L、c(H₂)＝0.4 mol/L、c(CH₃OH)＝0.8 mol·L^-1, 则此时v正___________v逆(填＞、＜或＝)。
（4）甲醇是重要的基础化工原料，又是一种新型的燃料，最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极加入甲醇，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子。该电池的正极反应式为_____________________________。电池工作时，固体电解质里的O^2-向_______极移动。

研究证明，CO₂可作为合成低碳烯烃的原料加以利用，目前利用CO₂合成乙烯相关的热化学方程式如下：

反应开始时在0．lMPa下，以n(H₂)：n(CO₂)=3：1的投料比充入体积固定的密闭容器中，发生反应Ⅳ，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量百分数如图1所示：

请回答下列问题：
（1）△H₄=          kJ·mol^－1。
（2）可以判断该反应已经达到平衡的是            。
A．v(CO₂)="2" v (C₂H₄)    
B．混合气体的密度不再改变
C．混合气体的压强不再改变    
D．平衡常数K不再改变
E．C₂H₄的体积分数不变
（3）曲线a表示的物质为        （写化学式），判断依据是             。
（4）为提高CO₂的平衡转化率，可以采取的措施是         。
A．降低温度     
B．分离出H₂O
C．增加原催化剂的表面积    
D．增大压强
E．投料比改为n(H₂)：n(CO₂)=2：1
（5）在图2中，画出393K时体系中C₂H₄的积分数随反应时间（从常温进料开始计时）的变化趋势曲线，并标明平衡时C₂H₄的体积分数数值。

反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在容积不变的密闭容器中达平衡，且起始时A和B的物质的量之比为a:b，则：
（1）平衡时，A、B转化率之比是_________。
（2）若同等倍数地增大A、B的物质的量浓度，使A与B转化率同时增大，(a+b)与(c+d)所满足的关系是___________。
（3）若a="2" b="1" c="3" d=2在甲、乙、丙、丁4个容器中A的物质的量依次是2mol、1mol、2mol、1mol，B物质的量依次是1mol、1mol、2mol、2mol，C、D物质的量均为0，则在同条件下达平衡时B的转化率由大→小顺序_________，A的转化率由大→小顺序__________。

（1）已知常温常压下：
①2CH₃OH（l）＋3O₂（g）＝2CO₂（g）＋4H₂O（g）△H＝－1275．6kJ/mol
②H₂O（l）＝H₂O（g）△H＝＋44．0kJ/mol
写出甲醇燃烧的热化学方程式________________________。
（2）甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。工业上用如下方法好处甲醇：

①方法一：该反应的△S__     ___0（填“＞”或“＜”）。图中曲线a到曲线b的措施是____   _____，恒温恒容时，下列说法能说明反应到达平衡状态的是___     _____。

A．体系的平均摩尔质量不再改变	B．V（CO）＝V（CH3OH）
C．H2的转化率达到了最大限度	D．△H不再改变

②方法二：将CO₂和H₂按物质的量之比1：3充入体积为2．0L的恒容密闭容器中反应，如图两条曲线分别表示压强为0．1MPa和5．0MPa下CO₂转化率随温度的变化关系，其中a点的平衡常数表达式为：___________；a，b两点化学反应速率别用Va、Vb表示，则Va__         ___Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）。已知原子利用率＝期望产物的总质量与生成物的总质量之比，则方法二的原子利用率与方法一的原子利用率之比为__             _。
（3）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。写出除去甲醇的离子方程式____      _____。

碘钨灯具有使用寿命长、节能环保等优点。一定温度下，在碘钨灯灯泡内封存的少量碘与沉积在灯泡壁上的钨可以发生如下的可逆反应：W(s)+I₂(g)WI₂(g)。为模拟上述反应，在实验室中准确称取0.508 g碘、0.736 g金属钨放置于50.0 mL密闭容器中，并加热使其反应。下图是混合气体中的WI₂蒸气的物质的量随时间变化关系的图象[n(WI₂)-t]，其中曲线I（0 ～t2：时间段）的反应温度为450℃，曲线Ⅱ（从t2时刻开始）的反应温度为530℃。

请回答下列问题：
（1）该反应是______________（填“放热”或“吸热”）反应。
（2）反应从开始到t₁(t₁ =3min)时间内的平均速率v(I₂)=____________
（3）在450℃时，该反应的平衡常数K=_________________。
（4）能够说明上述反应已经达到平衡状态的有____________。

A．I2与WI2的浓度相等

B．单位时间内，金属钨消耗的物质的量与单质碘生成的物质的量相等

C．容器内混合气体的密度不再增加

D．容器内气体压强不变化

（5）假设灯丝温度为660℃，灯泡壁温度为350℃。请根据化学反应原理分析在灯泡内充入碘能够延长钨丝寿命的原因____________________________。

为实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项课题是如何将CO₂转化为可利用资源。目前，工业上常用CO₂来生产燃料甲醇。现进行如下实验：在体积为l L的密闭恒容容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g） ΔH＝－49.0 kJ/mol。测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

（1）该反应的平衡常数表达式K＝                 ；
（2）从反应开始到平衡时，CH₃OH的平均反应速率v（CH₃OH）＝               （注明单位）；H₂的转化率＝             ；
（3）下列说法中，能说明上述反应达到平衡状态的是
A．每消耗1mol CO₂的同时生成1mol CH₃OH
B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物质的量的比为1：3：1：1
C．容器中气体的压强不再改变
D．容器中气体的密度不再改变
（4）下列措施中，能使上述平衡状态向正反应方向移动的是
A．升高温度
B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．使用高效催化剂
D．恒温恒容再充入1 molCO₂和3 mol H₂

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

请填空：
（1）一定条件下，反应室1中发生反应CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H＞0．其它条件不变，只降低温度，逆反应速率将                       （填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）图1中反应室3（容积可变的密闭容器）中0.2mol CO与0.4mol H₂在催化剂作用下发生可逆反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示，则：

①P₁                 P₂（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在压强P₁下，100℃时反应达到化学平衡，反应室3的容积变为2L，此时CO平衡常为                 ， 若温度不变，再加入1.0mol CO后重新达到平衡，CO的平衡转化率         （填“增大”、“不变”或“减小”）．
③保持容积为2L不变，温度100℃不变，向反应室3中再通入0.2mol CO与0.4mol H₂，CO的平衡转化率      （填“增大”、“不变”或“减小”）．

在两个容积均为1 L密闭容器中以不同的氢碳比[n(H₂)/n(CO₂)]充入H₂和CO₂，在一定条件下发生反应：2CO₂(g) + 6H₂ (g)C₂H₄(g) + 4H₂O(g) ΔH。CO₂的平衡转化率
α(CO₂)与温度的关系如下图所示。

下列说法正确的是

A．该反应的ΔH ＞ 0

B．氢碳比：X＜ 2.0

C．在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)小于P点的v(逆)

D．P点温度下，反应的平衡常数为512

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：
（ⅰ）制备合成气：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) 
（ⅱ）合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) 
请回答下列问题：
（1）制备合成气：将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应（i）；CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100℃时达到平衡的时间为5min，则从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率为：v(H₂)=     。
100℃时该反应的平衡常数K=       ；若升高温度，平衡常数K将             （填“增大”、“减小”或“不变”）。
②图中p₁       p₂（填“<”、”“>”或“=”）。
③为解决合成气中H₂过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO₂，发生反应如下：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)，为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为      。
（2）合成甲醇：在Cu₂O/ZnO作催化剂的条件下，向2L的密闭容器中通入1mol
CO(g)和2mol H₂(g)，发生反应(ⅱ)。
①反应（ⅱ）需在                           （填“高温”或“低温”）才能自发进行。
②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量的CO₂ 有利于维持Cu₂O的量不变，原因是_________________（用化学方程式表示）。