高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

二甲醚具有优良的燃烧性能，被称为21世纪的“清洁能源”，以下为其中一种合成二甲醚的方法：在一定温度、压强和催化剂作用下，在同一反应器中进行如下反应：
①CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g） ＋H₂O（g）    △H₁＝－49.1 kJ·mol^－1
②2CH₃OH（g）CH₃OCH₃（g）＋H₂O（g）         △H₂＝－24.5 kJ·mol^－1
③CO₂（g）＋H₂（g） CO(g)＋H₂O（g）           △H₃＝+ 41.2 kJ·mol^－1
（1）写出CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式是       。
（2）一定条件下，原料气中n（H₂）/n（CO₂）比值和温度对CO₂转化率影响的实验数据如下图。

①温度为T₁ K时，在1 L反应容器中投入2mol CO₂ 和8mol H₂进行反应，试计算达到平衡时CO₂的浓度为                       。
②结合数据图，归纳CO₂平衡转化率受外界条件影响的变化规律：
a                                                                        。
b                                                                        。
（3）为研究初始投料比与二甲醚产率关系，在一定温度和压强下，投入一定物质的量的H₂、CO、CO₂进行试验，实验发现二甲醚的平衡产率随原料气中n（CO）/〔n（CO）+n（CO₂）〕比值增大而增大，试分析其原因                。
（4）下图是科学家现正研发的，以实现反应①在常温常压下进行的装置。

写出甲槽的电极反应                                     。

焦炭与CO、H₂均是重要的能源，也是重要的化工原料。
（1）已知C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为－393.5 kJ·mol^－1、－285.8kJ·mol^－1、－283 kJ·mol^－1，又知水的气化热为＋44 kJ／mol。
①焦炭与水蒸气反应生成CO、H₂的热化学方程式为___________________。
②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191．7 kJ时，则此时H₂O（g）的转化率为_________________。
（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g），其中H₂O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

①第一个平衡时段的平衡常数是______________，若反应进行到2 min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为___________（填“升温”或“降温”）。
②反应至5 min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的____。
a．增加了C
b．增加了水蒸气
c．降低了温度
d．增加了压强
（3）假设（2）中反应在第2min时，将容器容积压缩至1 L，请在上图中绘制出能反映H₂O、CO物质的量变化趋势的图像。
（4）若以CO、O₂、K₂CO₃等构成的熔融盐电池为动力，电解400 mL饱和食盐水，则负极上的电极反应式为______________________，当有5·6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH＝__________（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g)   △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ =" +172.5" kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH      0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其发生可逆反应的方程式为              。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，请写出该电极反应的方程式为            。

(14分)尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料。工业合成尿素反应如下：
2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)
(1)在一个真空恒容密闭容器中充入CO₂和NH₃发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图所示。

A点的正反应速率v_正(CO₂)_______B点的逆反应速率v_逆(CO₂)(填“＞”、“＜”或“＝”)；
氨气的平衡转化率为________________________。
（2）氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2:1的NH₃和CO₂混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH₃(g)＋CO₂(g) NH₂COONH₄(s)
将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：

温度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 (10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是                               。
A.∆H＜0， ∆S＜0           B.∆H＞0， ∆S＜0   
C.∆H＞0， ∆S＞0           D.∆H＜0， ∆S＞0
②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是________________
A.分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大
B.平衡时降低体系温度，CO₂的体积分数下降
C.NH₃的转化率始终等于CO₂的转化率
D.加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率
③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1 L0.1 mol/L的盐酸溶液中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素。此时溶液中c(NH₄^＋ )=            ；
NH₄^＋ 水解平衡常数值为                 。
（3）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：                              。

中国环境监测总站数据显示，PM_2.5、SO₂、NOx等是连续雾霾过程影响空气质量显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对它们进行研究具有重要意义。请回答：
（1）将PM_2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH	SO	NO	Cl^－
浓度(mol/L)	4×10^−^6	6×10^−^6	2×10^−^5	4×10^−^5	3×10^−^5	2×10^−^5

根据表中数据计算PM_2.5待测试样的pH ＝             。
（2）NOx是汽车尾气的主要污染物之一。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下：

N₂(g)＋O₂(g)2NO(g)   △H＝             。
（3）消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。
Ⅰ.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。反应原理如图所示：

①由图可知SCR技术中的氧化剂为             。
②用Fe做催化剂时，在氨气足量的情况下，当=1:1时，脱氮率最佳，已知每生成28g N₂放出的热量为QkJ，该反应的热化学方程式为             。
Ⅱ.工业上变“废”为宝，吸收工业中SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下（Ce为铈元素）：

①装置Ⅰ中的主要反应的离子方程式为             。
②装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，若用甲烷燃料电池电解该装置中的溶液，当消耗1mol CH₄时，
理论上可再生             mol Ce⁴⁺。
Ⅲ.用活性炭还原法可以处理氮氧化物。如发生反应：
C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g) △H＝Q kJ/mol。
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

时间(min) 浓度(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

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）。

(14分)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：2CO(g)+4H₂ (g) CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g) △H=—256.1kJ·mol^—1。
已知：H₂O(l)=H₂O(g) △H=+44kJ·mol^—1
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) △H=—41.2kJ·mol^—1
（1）以CO₂(g)与H₂(g)为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：
2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(l) △H=     。
（2）CH₄和H₂O(g)在催化剂表面发生反应CH₄+H₂OCO+3H₂，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

温度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	276.5	1771.5

①该反应是_____反应（填“吸热”或“放热”）；
②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH₄和1mol H₂O(g)，平衡时c(CH₄)=0.5mol·L^—1，该温度下反应CH₄+H₂OCO+3H₂的平衡常数K=     。
（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5 为催化剂，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如图。

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为     ；在n(NO)/n(CO)=1的条件下，应控制的最佳温度在     左右。
②用C_xH_y（烃）催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染。写出CH₄与NO₂发生反应的化学方程式：     。
（4）乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—离子。该电池负极的电极反应式为     。

已知化合物A与B、丙与丁的元素组成相同，且四种物质中都含有同一种元素。A与B在常温下均呈液态。D与F都为固体单质，且D、 F与甲的浓溶液在常温作用都无明显现象，加热时有大量气体产生。（相关转化部分反应条件和生成物未标出）。

（I）写出A的电子式      。
（II）若反应①除生成甲外还生成丙，写出反应①的化学方程式：               。
（III）若A与丙可以化合生成甲；D与甲的浓溶液加热条件下可以生成三种化合物乙、丙、B，乙、丙、B常温下又可以发生反应④生成甲和另一化合物X。回答下列各小题：
写出反应④的离子方程式                                 。
在恒容密闭容器中，反应②达到平衡后，测得如下数据（假设不考虑副反应）。

实验序号	温度℃	初始C浓度 （mol·L^—1）	初始丙浓度（mol·L^—1）	C的平衡转化率
1	510	0.8	1.2	A
2	510	1	1.2	50%
3	500	1	1.2	B

①此反应在510℃时平衡常数为              。
②实验l中，A的值        ；实验3中，B的值        。（选填序号）
A． 等于50％  B．大于50％   C．小于50％  D．从本题资料，无法判断
③在实验2的平衡体系中，再增加一倍的反应物，平衡将       移动，（填“正向”、“逆向”或“不”）且C的转化率         50％（填“大于”、“小于”或“等于”）

（1 7分）碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。
消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少PM2.5的排放。已知如下信息：
2CO(g)＋2NO(g)2CO₂(g)＋N₂(g)  △H=－748kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)  △H₂=－565kJ·mol^－1
（1）在一定条件下N₂和O₂会转化为NO气体，写出反应的热化学方程式________。
（2）为研究不同条件对反应的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0．2mol NO和0．4mol CO，在催化剂存在的条件下发生反应，10min时反应达到平衡，测得10min内v(NO)=7.5×10^－3mol/(L·min)，则平衡后n(CO)=________mol，关于该平衡的下列说法正确的是________。
a．增大压强，平衡一定向右移动
b．其它条件不变，升高温度，化学反应速率一定增大
c．其它条件不变，若改为在恒压容器中进行，CO的平衡转化率比恒容条件下大
d．向平衡后的容器中再充人0. 2mol NO和0.1mol CO，化学平衡常数增大
e．达到平衡后v_正(NO)=2v_逆(N₂)
（3）其它条件相同，tmin时不同温度下测得NO的转化率如图所示。A点的反应速率v正________v逆（填“>”“<”或“="），A、B两点反应的平衡常数较大的是_________（填“A”或“B"）。

（4）相同温度下等浓度的NH₄NO₃和NH₄NO₂两份溶液，测得NH₄NO₂溶液中c(NH₄^＋)较小，试分析原因：________.0.1mol·L^－1NH₄NO₃溶液中离子浓度由大到小的顺序是________，常温下NO₂^－水解反应的平衡常数Kh="________mol" （保留两位有效数字）。
（已知HNO₂的电离常数Ka=7.1×10^－4mol·L^－1，NH₃·H₂O的电离常数=1.7×10^-5mol·L^－1）

(8分)碳的化合物与人类生产、生活密切相关。
I．工业上先将煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，发生以下反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
（1）向1L恒容密闭容器中充入CO(g)和H₂O(g)，t℃时测得部分数据如下表。

T/min	0	1	2	3	4
n(H2O)/mol	1	0.8	0.65	0.6	0.6
n(CO)/mol	0.8	0.6	0.45	0.4	0.4

则该温度下反应的平衡常数K=________。
（2）相同温度下，若向该容器中充入l molCO、x molH₂O(g)、y molCO₂、2 molH₂，此时v(正)=v(逆)，则x、y的关系式是________________。
II．在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)₄(g)，△H
则△H_____0，(填“＞”、“＜”)；缩小容器容积，平衡向_______(填“左”或“右”)移动，△H________(填“增大”、“减少”或“不变”，下同)，混合气体的密度_________。

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图所示：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）CO₂+H₂ T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^－1。该温度下此反应的平衡常数K=_____（填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如右图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是          。

（4）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g）+4NO₂（g）＝4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）； △H=－574kJ·mol^－1；
CH₄（g）+4NO（g）＝2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；    △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：           。
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极碱性条件下发生反应的电极反应式为           。

冬季是雾霾天气高发的季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）2CO₂（g）+N₂（g）
①在一定条件下，在一个容积固定为2L的密闭容器中充入0.8molNO和1.20molCO，开始反应至3min时测得CO的转化率为20%，则用N₂表示的平均反应速率为V（N₂）=____________________。
②对于气相反应，用某组分（_B）的平衡压强（P_B）代替物质的量浓度（C_B）也可以表示平衡常数（记作K_p），则该反应平衡常数的表达式K_p=________________。
③该反应在低温下能自发进行，该反应的△H_________0，（选填“>”、“=”或“<”）
④在某一绝热，恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应，测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示（已知t₂—t₁=t₃—t₂）。
则下列说法不正确的是__________。（填编号）

A．反应在c点未达到平衡状态
B．反应速率a点小于b点
C．反应物浓度a点大于b点
D．NO的转化率t₁—t₂=t₂—t₃
（2）使用甲醇汽油可能减少汽车尾气对环境的污染，某化工厂用水煤气为原料合成甲醇，恒温条件下，在体积可变的密闭容器中发生反应：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g），到达平衡时，测得CO、H₂、CH₃OH分别为1mol、1mol、1mol，容器的体积为3L，现往容器中继续通人3mol CO，此时v（正）__________ v（逆）（选填‘‘＞”、“＜’’或“=”），判断的理由__________________。
（3）二甲醚也是清洁能源，用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：
2CO（g）+4H₂（g）CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图：

①a、b、c按从大到小的顺序排序为___________。
②某温度下，将2.0mol CO（g）和4.0mol H₂（g）充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃（g）的物质的量分数变化情况如上图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是___________；
A．P₃＞P₂，T₃＞T₂ B．P₁＞P₃，T₁＞T₃    C．P₂＞P₄，T₄＞T₂ D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态．当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___________：
A．正反应速率先增大后减小
B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大
D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小
F．氢气的转化率减小

在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)  M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：

实验 编号	温度/℃	起始时物质的量/mol	平衡时物质的量/mol
n(X)	n(Y)	n(M)
①	700	0.40	0.10	0.090
②	800	0.10	0.40	0.080
③	800	0.20	0.30	a
④	900	0.10	0.15	b

下列说法正确的是
A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10^－2 mol·L^－1·min^－1
B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0
C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D．实验④中，达到平衡时，b>0.060

(14分)请回答下列问题：
（1）下表列出了一些化学键的键能E：

化学键	H—H	O===O	O—H
E/kJ·mol^－1	436	x	463

反应H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1，则x＝__________。
（2）铅蓄电池是正极板上覆盖有PbO₂，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是H₂SO₄溶液，电池放电时的总反应：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。
请写出充电时阴极的电极反应式：__________________
（3）反应m A＋n Bp C，在某温度下达到平衡。
①若A、B、C都是气体，减压后正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系是________________。
②若C为气体，且m + n = p，在加压时化学平衡发生移动，则平衡必定向________________方向移动。
③若再升高温度，平衡向逆向移动，则正反应为     _________  反应（填“吸热”或“放热”）
（4）依据氧化还原反应Zn(s)＋Cu^2＋(aq)===Zn^2＋(aq)＋Cu(s)设计的原电池如图所示。

①请在图中标出电极材料及电解质溶液（写化学式）________________
②盐桥中的Cl^－向________极移动（填“左”或“右”）。

肼（N₂H₄）与N₂O_4,是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。
（1）已知2N₂H₄（l）+ N₂O₄（l）= 3N₂（g） +4H₂O（l）  △H=－1225KJ/mol

则使1 mol N₂O₄（l）完全分解成相应的原子时需要吸收的能量是              。
（2）800℃时，某密闭容器中存在如下反应：2NO₂（g）  2NO（g） +O₂（g）  △H＞0，若开始向容器中加入1 mol/L的NO₂，反应过程中NO的产率随时间的变化如下图曲线I所示。

①反应Ⅱ相对于反应I而言，改变的条件可能是              。
②请在图中绘制出在其它条件与反应I相同时，反应在820℃时进行，NO的产率随时间的变化曲线。
③800℃时，若开始时向容器中同时加入1 mol/L NO、0.2 mol/L O₂、0.5 mol/L NO₂，则v（正）         v（逆）。
（3）己知N₂O₄（g） 2NO₂（g）  △H=+57.20kJ/mol，t时，将一定量的NO₂、N₂O₄,充人一个容器为2L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如下表所示：

①c（ X）代表             （填化学式）的浓度，该反应的平衡常数K=             。
②前10 min内用NO₂表示的反应速率为          ，20 min时改变的条件是           ；重新达到平衡时，NO₂的百分含量          （填选项前字母）。
a．增大      b．减小      c．不变      d．无法判断

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%