高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

铁的氧化物可用于脱除煤气中的H₂S，有关反应原理如下：
①Fe₃O₄（s）+3H₂S（g）+H₂（g）⇌3FeS（s）+4H₂O（g）
②Fe₂O₃（s）+2H₂S（g）+H₂（g）⇌2FeS（s）+3H₂O（g）
③FeO（s）+H₂S（g）⇌FeS（s）+H₂O（g）
温度与上述各反应的平衡常数的关系如图所示。下列有关说法正确的是

A．反应①、②、③中铁的氧化物都是氧化剂

B．反应①、②、③的正反应都是放热反应

C．反应①、②、③中，温度越高H2S的的脱除率越高

D．反应①、②、③中，压强越大H2S脱除率越高

氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)   ΔH₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   ΔH₂
则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)  ΔH＝                 。(请用含有ΔH₁、ΔH₂的式子表示)
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度/K	平衡时NH3的物质的量/mol
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。
①则T₁       T₂(填“＞”、“＜”或“＝”)
②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=          ，平衡时N₂的转化率α(N₂)=           。
③下列图像分别代表焓变(ΔH)、混合气体平均相对分子质量()、N₂体积分数φ(N₂)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明一段时间后该可逆反应达到了平衡状态的是           。

（3）某N₂H₄(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为                                           。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为          g(假设溶液电解前后体积不变)。

能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。

（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化：
反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂(标准状况)时，转移电子的物质的量是      mol。反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是          。
（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)  ΔH＝－41.8 kJ·mol^－1已知：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)  ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式        。

（3）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；
该反应平衡常数表达式为K＝              。
已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“大于”、“小于”或“等于”)0。

（4）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入a mol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到tmin时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是     ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是        。

雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一．已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：
①N₂（g）+O₂（g）⇌2NO（g）△H₁="a" kJ•mol^﹣1
②2NO（g）+O₂（g）⇌2NO₂（g）△H₂="b" kJ•mol^﹣1
③CO（g）+1/2O₂（g）⇌CO₂（g）△H₃="c" kJ•mol^﹣1
④2CO（g）+2NO（g）⇌N₂（g）+2CO₂（g）△H₄
请回答下列问题：
（1）根据反应①②③，确定反应④中△H₄ =          kJ•mol^﹣1。
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数K_p时用气体组分（B）的平衡压强p（B）代替该气体物质的量浓度c（B），则反应①的K_p=                  （用表达式表示）．
（3）下列情况能说明反应②已达平衡状态的是          （填编号）．
A．单位时间内生成1mol NO₂的同时消耗了lmol NO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变
（4）探究反应④中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图1所示的曲线．试分析实际化工生产中不采用高压的原因                                          。
（5）探究反应④中平衡时CO₂的体积分数与反应物中的比值、温度的关系，得到如图2所示的曲线。
①在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是          。
②若保持其他条件不变，请在图2中，画出温度为T₂（T₂＜T₁）时的变化趋势曲线．

一定条件下合成乙烯： 6 H₂(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，下列说法正确的是

A．生成乙烯的速率：v(M)一定小于v(N)

B．化学平衡常数：KN＞K M

C．当温度高于250℃时，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％

工业合成氨的反应为N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g)，反应经过20分钟在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数(NH₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为计算：
（1）H₂在20分钟内的平均反应速率为                     ；
（2）该条件下N₂的平衡转化率为                          ；（小数点后保留一位）
（3）该条件下反应2NH₃(g)N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常数为               。（不带单位）

（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向．如图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图（反应物O₂（g）和生成物H₂O（g）略去）。

①在有催化剂作用下，CH₃OH与O₂反应主要生成                   ；（填“CO、CO₂”或“HCHO”）
②2HCHO（g）+O₂（g）=2CO（g）+2H₂O（g）△H=                  ；
（2）已知：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H=﹣a kJ•mol^﹣1．
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）=0.4mol•L^﹣1、c（H₂）=0.4mol•L^﹣1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^﹣1，则此时V_正          V_逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

利用CO和H₂在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应如下：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g）。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1︰2充入CO和H₂，测得平衡混合物中CH₃OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的是

A．该反应的△H＜0，且p₁＜p₂
B．反应速率：ν逆(状态A)＞ν逆(状态B)
C．在C点时，CO转化率为75%
D．在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH₃OH，达平衡时CH₃OH的体积分数也不同

已知2SO₂(g)+O₂ (g)2SO₃(g)；△H=-197kJ•mol^-1．向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：（甲） 2mol SO₂和1mol O₂；（乙） 1mol SO₂和0.5mol O₂；（丙） 2mol SO₃．恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是（ ）

A．容器内压强P：P甲=P丙＞2P乙

B．SO3的质量m：m甲=m丙＞2m乙

C．c（SO2）与c（O2）之比k：k甲=k丙＞2k乙

D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲=197-Q丙＞2Q乙

T ℃、2L密闭容器中某一反应在不同时刻的各物质的量如图所示(E为固体，其余为气体)。

回答下列问题：
（1）写出该反应的化学方程式：                           。
（2）反应开始至3 min时，用D表示的平均反应速率为              mol·L^-1·min^-1。
（3）T ℃时，该反应的化学平衡常数K=                  。
（4）第6 min时，保持温度不变，将容器的体积缩小至原来的一半，重新达到平衡后，D的体积分数为               。
（5）另有一个2 L的密闭容器，T ℃、某一时刻时，容器中各物质的量如下表所示：

物质	A	B	D	E
物质的量(mol)	0.8	1.0	0.4	0.2

此时v(正)          v(逆)(填“＞”或“﹦”或“﹤”)。

汽车尾气中，产生NO的反应为：N₂(g)+O₂(g)2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N₂(g)和O₂(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N₂的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N₂的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是

A．温度T下，该反应的平衡常数K=

B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小

C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂

D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的△H＜0

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：Fe₂O₃(s)＋3C(石墨)===2Fe(s)＋3CO(g)  ΔH₁＝＋489.0 kJ·mol^－1；
C(石墨)＋CO₂(g)==="2CO(g)"   ΔH₂＝＋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)  ΔH
①该反应的平衡常数表达式为K＝_____________。
②取一定体积的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Z7­6(a)所示，则该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。

(a)                          (b)
图Z7­6
③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间的变化关系如图(b)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，其反应方程式为：____________
2NH₃＋CO₂   CO(NH₂)₂＋H₂O当氨碳比＝3，达平衡时CO₂的转化率为60%，则NH₃的平衡转化率为_________。
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，该电极反应的方程式为________。

将固体NH₄I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH₄I(s)NH₃(g)+HI(g) ②2HI(g)H₂(g)+I₂(g)。达到平衡时,c(H₂)="1" mol·L^-1,c(HI)="4" mol·L^-1,则此温度下反应①的平衡常数为(    )

A．22

B．24

C．20

D．25

为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物含量显得尤为重要。
Ⅰ．氮氧化物研究
（1）一定条件下，将2molNO与2molO₂置于恒容密闭容器中发生反应2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)，下列各项能说明反应达到平衡状态的是            。
a．体系压强保持不变                  b．混合气体颜色保持不变
c．NO和O₂的物质的量之比保持不变     d．每消耗1 molO₂同时生成2 molNO₂
（2）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂ + O₂2NO，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如右图所示，根据图像判断反应N₂（g）+ O₂（g）2NO（g）的△H__________0(填“＞”或“＜”)。

（3）NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化如图所示：
写出该反应的热化学方程式：________________________________。
Ⅱ．碳氧化物研究
（1）在体积可变（活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如右图所示，现将3molH₂和2molCO放入容器中，移动活塞至体积V为2L，用铆钉固定在A、B点，发生合成甲醇的反应如下：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）。测定不同条件、不同时间段内的CO的转化率，得到如下数据：

CO的转化率 T（℃）	10min	20min	30min	40min
T1	20%	55%	65%	65%
T2	35%	50%	a1	a2

①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_______________。
②T₂℃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6molCO，此时v(正）________v(逆）（选填“>”、“<”或“=”），判断的理由是                    。
（2）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)，则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka＝_________________(用含a和b的代数式表示)。

雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO₂(g)＋N₂(g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如下图所示。

据此判断：
①该反应的ΔH__________0(填“＞”或“＜”)，ΔS__________0(填“＞”或“＜”)
②在T₁温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N₂)＝____________________。
③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积，则CO转化率__________（填“增大”，“减少”或“不变”）
④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________________(填字母)。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①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。
例如：CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)ΔH＝－867.0 kJ·mol^－1
2NO₂(g)N₂O₄(g)ΔH＝－56.9 kJ·mol^－1
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(g)的热化学方程式_________________。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为

a：_________________________________________；
b：_________________________________________。