高中化学探究影响化学反应速率的因素填空题

(15分）二氧化碳的过度排放会引发气候问题，而进行有效利用则会造福人类，如以CO₂和NH₃ 为原料合成尿素。经研究发现该反应过程为：
①CO₂(g)+2NH₃(g)NH₂COONH₄(s)  △H₁
②NH₂COONH₄(s) CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g) △H₂>0
请回答下列问题：
（1）研究反应①的平衡常数（K）与温度（T）的关系，如图1所示，则△H₁____0。(选填“>”、“<”或“=”)。

（2）有体积可变（活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如图2所示，现将3molNH₃和2molCO₂放入容器中，移动活塞至体积V为3L，用铆钉固定在A、B点，发生合成尿素的总反应如下：
CO₂(g)+2NH₃(g) CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)

测定不同条件、不同时间段内的CO₂的转化率，得到如下数据：

CO2的转化率T（℃）	10min	20min	30min	40min
T1	30%	65%	75%	75%
T2	45%	50%	a1	a2

①T₁℃下，l0min内NH₃的平均反应速率为__________。
②根据上表数据，请比较T₁_________T₂(选填“>”、“<”或“=”)；T₂℃下，第30min时，a₁=________，该温度下的化学平衡常数为_________。
③T₂℃下，第40min时，拔去铆钉（容器密封性良好）后，活塞没有发生移动，再向容器中通人3molCO₂，此时v(正）_____v(逆）（选填“>”、“<”或“=”），判断的理由是______。
（3）请在下图中补画出合成氨总反应2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)过程中能量变化图，并标明中间产物〔NH₂COONH₄(s)〕、  生成物CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)〕。

铁是当代社会中用量最大的金属之一。磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，发生的主要反应为：Fe₃O₄（s）+4CO3Fe（s）+4CO₂
（1）已知：①Fe₃O₄（s）+4C（石墨）3Fe（s）+4CO（g）   ΔH=+646.0 kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）2CO（g）    ΔH=+172.5 kJ/mol
由Fe₃O₄（s）与CO反应生成Fe（s）的热化学方程式是             。
（2）T℃时，在 2L恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各1.0 mol ，10 min反应达到平衡时，容器中CO₂的浓度是0.4 mol /L。
①能证明该反应达到化学平衡的是        （选填字母）。
a．容器内压强不再变化           
b．容器内CO、CO₂物质的量比为1 : 1
c．容器内气体的质量不再变化     
d．生成CO₂的速率与消耗CO的速率相等
②CO的平衡转化率是       。
③l0 min内，反应的平均反应速率v (CO2)=            。
④欲提高该反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是       （选填字母）。
a．提高反应温度              b．移出部分CO2
c．加入合适的催化剂          d．减小容器的容积
⑤T℃时，该反应的平衡常数K=       。

(10分)甲醇可以与水蒸气反应生成氢气，反应方程式如下：
CH₃OH(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋3H₂(g) ΔH＞0。
（1）在一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CH₃OH(g)和3 mol H₂O(g)，20 s后，测得混合气体的压强是反应前的1.2倍，则用甲醇表示的该反应的速率为________。
（2）判断（1）中可逆反应达到平衡状态的依据是(填序号)________。
①v_正(CH₃OH)＝v_正(CO₂)
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化
（3）下图中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1 mol CH₃OH(g)和2 mol H₂O(g),向B容器中充入1.2 mol CH₃OH(g)和2.4 mol H₂O(g)，两容器分别发生上述反应。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1.5a L，容器B中CH₃OH的转化率为________，A、B两容器中H₂O(g)的体积百分含量的大小关系为B________A(填“＞”“＜”或“＝”)。
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)。

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

(12分)近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势，NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一。
（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下：

①写出该反应的热化学方程式     ，该反应的△S   0（填“＞”、“＜”或“=”）；
②根据下图所示，只改变条件R，当N₂的转化率从a₃到a₁时，平衡常数K     。

A．可能增大

B．一定不变

C．可能不变

D．可能减小

E．增大、减小、不变均有可能
（2）氮气是合成氨的原料之一，合成氨反应：N₂(g)+3H₂ (g) 2NH₃(g) △H＜0，500℃时将1molN₂与1molH₂充入容积为1L的密闭容器中发生反应，达到平衡后NH₃的体积分数为20%。若升高温度至800℃，达到新的平衡时，H₂的转化率      （填“增大”、“减小”或不变，下同），N₂的体积分数        。
（3）在汽车上安装高效催化转化器，将有毒气体转化为无毒气体，可有效降低NO_x的排放。某研究性学习小组用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)(×10^－4mol·L^-1)	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c(CO)(×10^－3 mol·L^-1)	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

请回答下列问题：
①写出反应的化学方程式       。
②前2 s内的平均反应速率ν(N₂) =     。

800℃、2L密闭容器反应2NO(g)＋O₂(g)2NO₂(g)体系中， n(NO)随时间的变化如表：

时间（s）	0	1	2	3	4	5
n(NO)(mol)	0.020	0.010	0.008	0.007	0.007	0.007

计算并回答下列问题：
（1）反应进行到2 s时c (NO)=         。
（2）用O₂表示从0～2s内该反应的平均速率υ＝___________。
（3）反应达到平衡状态时NO的转化率=        。（提示：）
（4）判断一可逆反应是否达到平衡状态的依据有很多，某同学针对该反应提出一种设想：测定容器内气体的密度，当密度不再改变时即可判断出该反应已经达到平衡状态。你认为这种设想是否正确？    （填“是”或“否”）请说明你的理由              。

(14分) 2013年10月9日，2013年诺贝尔化学奖在瑞典揭晓，犹太裔美国理论化学家马丁·卡普拉斯、美国斯坦福大学生物物理学家迈克尔·莱维特和南加州大学化学家亚利耶·瓦谢尔因给复杂化学体系设计了多尺度模型而分享奖项。三位科学家的研究成果已经应用于废气净化及植物的光合作用的研究中，并可用于优化汽车催化剂、药物和太阳能电池的设计。
汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)  △H＜0
（1）同一条件下该反应正反应的平衡常数为K₁，逆反应的表达式平衡常数为K₂，K₁与K₂的关系式   。
（2）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是              （填代号）。

（3）在体积为10L的密闭容器中，加入一定量的CO₂和H₂，在900℃时发生吸热反应并记录前5min各物质的浓度，第6min改变了条件。各物质的浓度变化如下表；

时间/min	CO2（mol/L）	H2（mol/L）	CO（mol/L）	H2O（mol/L）
0	0.2000	0.3000	0	0
2	0.1740	0.2740	0.0260	0.0260
5	0.0727	0.1727	0.1273	0.1273
6	0.0350	0.1350	0.1650

①前2min，用CO表示的该化学反应的速率为                       ；
②第5—6min，平衡移动的可能原因是                            ；
（4）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)    △H＝－867 kJ/mol
2NO₂(g)N₂O₄(g)    △H＝－56.9 kJ/mol
H₂O(g) ＝ H₂O(l)     △H＝－44.0 kJ／mol
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的热化学方程式：           。
（5）在一定条件下，可以用NH₃处理NO_x。已知NO与NH₃发生反应生成N₂和H₂O，现有NO和NH₃的混合物1mol，充分反应后得到的还原产物比氧化产物多1.4 g，则原反应混合物中NO的物质的量可能是_____________。
（6）在一定条件下，也可以用H₂可以处理CO合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质。当两者以物质的量1:1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是      。
a．汽油         b．甲醇        c．甲醛         d．乙酸

I．一定条件下铁可以和CO₂发生反应：
Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)    △H＞0。1100℃时，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂气体，反应过程中CO₂气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。

（1）8分钟内，CO的平均反应速率v(CO)=___________（结果保留3位有效数字）。
（2）1100℃时该反应的平衡常数K＝     （填数值）；该温度下，若在8分钟时CO₂和CO各增加0.5mol/L，此时平衡         移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）1100℃时，2L的密闭容器中，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：

容器	甲	乙
反应物投入量	3molFe、2molCO2	4molFeO、3molCO
CO的浓度(mol/L)	C1	C2
CO2的体积分数	φ1	φ2
体系压强（Pa）	P1	P2

下列说法正确的是___________（填序号）；
A．2C₁ = 3C₂               B．φ_{1 =} φ₂                C．P₁＜P₂
II．（4）已知：①Fe(OH)₃(aq)Fe³⁺(aq)+3OH^－(aq)；ΔH=" a" kJ•mol^-1
②H₂O(l) H⁺(aq)+OH^－(aq)；ΔH="b" kJ•mol^－1
请写出Fe³⁺发生水解反应的热化学方程式：                             。
（5）柠檬酸（用H₃R表示）可用作酸洗剂，除去水垢中的氧化铁。
溶液中H₃R、H₂R^－、HR^2－-、R^3－的微粒数百分含量与pH的关系如图所示。图中a曲线所代表的微粒数的百分含量随溶液pH的改变而变化的原因是                   （结合必要的方程式解释）。调节柠檬酸溶液的pH=4时，溶液中上述4种微粒含量最多的是          （填微粒符号）。

III．（6）高铁酸钠（Na₂FeO₄）广泛应用于净水、电池工业等领域，工业常用电解法制备，其原理为
Fe+2OH^－-+2H₂OFeO₄^2－-+3H₂↑
请设计一个电解池并在答题卡的方框内画出该装置的示意图并作相应标注。

其阳极反应式为：________________________________。

Ⅰ．2011年11月28日至12月9日，联合国气候变化框架公约第17次缔约方会议在南非德班召开，随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3.25 mol H₂，在一定条件下发生反应，测定CO₂、CH₃OH(g)和H₂O (g)的浓度随时间变化如图所示：

①写出该工业方法制取甲醇的化学反应方程式        。
②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v (H₂)＝        。
③该条件下CO₂的转化率为           。当温度降低时CO₂的转化率变大，则该反应   ０（填“＞”“＜”或“＝”）。
④下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的是       。

A．升高温度	B．充入氮气
C．将水蒸气从体系中分离	D．用更有效的催化剂

（2）选用合适的合金作为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此燃料电池负极的电极方程式为           。
Ⅱ．研究NO₂  、SO₂ 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。其中氮元素有着多变价态和种类多的化合物，它们在工农业生产、生活中发挥着重要的作用。完成下列问题：
（1）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=                         。
（2）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，
①下列能说明反应达到平衡状态的是              (填序号) 。
a．体系压强保持不变              
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变     
d．相同时间内，每消耗1 molNO₂的同时消耗1 mol SO₃
②当测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1: 6，则平衡常数K＝            。

尿素[CO（NH₂）₂]是首个由无机物人工合成的有机物。工业上合成尿素的反应如下：
2NH₃(g)＋CO₂(g)  CO(NH₂)₂(l) ＋ H₂O (l)    ΔH<0。回答下列问题：
已知工业上合成尿素分两步进行，相关反应如下：
反应Ⅰ：2NH₃(g)＋CO₂(g)  NH₂COONH₄(s)   ΔH₁<0
反应Ⅱ：NH₂COONH₄(s)  CO(NH₂)₂(l)＋ H₂O (l)    ΔH₂>0
（1）下列示意图中[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示NH₃COONH₄（s），c表示CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）]，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是（填序号）      。

（2）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在恒定温度下，将氨气和二氧化碳按2：1的物质的量之比充入一体积为10L的密闭容器中（假设容器体积不变，生成物的体积忽略不计），经20min达到平衡，各物质浓度的变化曲线如下图所示。

从图中得知∆c(CO₂)=0.2mol/L，则v(CO₂)= ∆c(CO₂)/t= 0.01mol·L^-1·min^-1。
①在上述条件下，从反应开始至20min时，二氧化碳的平均反应速率为        。
②为提高尿素的产率，下列可以采取的措施有            。

A．缩小反应容器的容积

B．升高温度

C．平衡体系中及时分离出CO（NH2）2

D．使用合适的催化剂

③该反应的平衡常数表达式K=      ；若升高体系的温度，容器中NH₃的体积分数将      （填“增加”、“减小”或“不变”）。
④若保持平衡的温度和体积不变，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，请在上图中画出25~50min内氨气的浓度变化曲线。

把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有 500mL0.5 mol·L^-1硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反应时间可用如右的坐标曲线来表示，回答下列问题：

（1）曲线由0→a段不产生氢气的原因___________,有关反应的离子方程式为____________        ；
（2）曲线由a→b段产生氢气的速率较慢的原因___________
有关的化学方程式__________________________；
（3）曲线由b→c段，产生氢气的速率增加较快的主要原因_________________________；
（4）曲线由c以后，产生氢气的速率逐渐下降的主要原因_________________________。

某温度时，在2 L容器中A、B两种物质间的转化反应中，A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析得：

（1）该反应的化学方程式为_________________________________________。
（2）反应开始至4 min时，A的平均反应速率为________________________________。
（3）4 min时，反应是否达到平衡状态？________（填“是”或“否”），8 min时，v（正）________v（逆）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

在压强为0.1 MPa、10L恒容的密闭容器中,将2 mol CO与 5 mol H₂的混合气体在催化剂作用下能生成甲醇：CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g)   ΔH＜0请回答下列问题：
（1）①该反应的熵变ΔS     0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
②若温度T₁ ＞T₂，则平衡常数K(T₁)    K(T₂)（填“大于”、“小于”或“等于”）
③下列措施既可加快反应速率又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2 mol CO和5 mol H₂
④下列可说明反应已达到化学平衡状态的是________；
A．v_生成(CH₃OH)＝v_消耗(CO)                     
B．混合气体的密度不再改变
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变       
D．CO与H₂浓度比不再变化
（2）若温度T₂时，5min后反应达到平衡，CO的转化率为75%，则：
①平衡时体系总的物质的量为        mol；
②反应的平衡常数K=             ；
③反应在0-5min区间的平均反应速率v(H₂)=           。

(15分)甲醇是重要的化工原料，在化工生产中有广泛的应用。
（1）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢反应生成H₂和甲酸甲酯(HCOOCH₃)、再分解生成CO和CH₃OH。写出相应反应的化学方程式：                。
（2）利用太阳能或生物质能分解水制H₂，然后可将H₂与C0₂转化为甲醇。已知：
光催化制氢：2H₂0（1）=2H₂(g)＋O₂(g)  H=＋571．5 kJ·mol^－1
H₂与C0₂耦合反应：3H₂(g)十CO₂(g)=CH₃OH（1）＋H₂0（1）  H= 一137．8 kJ·mol^－1
则反应：2H₂O（1）＋C0₂(g)=CH₃0H(l)＋3/20₂(g)的H=              kJ·mol^－1
（3）已知反应：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)  H=Q
在20 L的密闭容器中，按物质的量之比1：2充入CO和H₂，测得CO的转化率随温度及压强的变化如下图所示，P₂及195 ℃时n(H₂)随时间的变化如表所示。
      
①O～3 min，平均速率V(CH₃OH)=            ，Q          0(填“＜”“=”或“＞”)。
②图中压强(P₁、P₂)的大小顺序为          ，理由是                            。
③在P₂及195 ℃时，该反应的平衡常数K=                  。

对氮及其化合物的研究具有重要意义。
（1）在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25％。该反应的热化学方程式为_____________，这段时间内v(H₂)=_________。
（2）298K时．在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂(g)N₂O₄(g)  =-akJ·mol^-1(a>0)，N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图所示。达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍。

①298K时，该反应的化学平衡常数为_________(精确到0.01)；
②下列情况不是处于平衡状态的是__________(填字母序号)；
a．混合气体的密度保持不变  
b．混合气体的颜色不再变化  
c．气压恒定时
③若反应在398K进行，某时刻测得n(NO₂)=0．6 mol，n(N₂O₄)=1．2 mol，则此时v_正____v_逆(填“>”、“<”或“=”)。
（3）用氨气可设计成如图所示燃料电池，产生的X气体可直接排放到大气中。则a电极电极反应式为________________。

（4）t℃下，某研究人员测定NH₃·H₂O的电离常数为1．8×10^-5。NH₄⁺的水解常数为1．5×10^-8，则该温度下水的离子积常数为___________，请判断t_____25℃(填“>”、“<”或“=”)。