高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

(14分)烟气(主要污染物SO₂、NOx)经O₃预处理后用CaSO₃水悬浮液吸收，可减少烟气中SO₂、NOx的含量。O₃氧化烟气中SO₂、NOx的主要反应的热化学方程式为：
NO(g)＋O₃(g)=NO₂(g)＋O₂(g) △H=－200．9kJ·mol^－1
NO(g)＋1/2O₂(g)=NO₂(g) △H=－58．2kJ·mol^－1
SO₂(g)＋O₃(g)=SO₃(g)＋O₂(g)  △H=－241．6kJ·mol^－1
（1）反应3NO(g)＋O₃(g)=3NO₂(g)的△H=_______mol·L^－1。
（2）室温下，固定进入反应器的NO、SO₂的物质的量，改变加入O₃的物质的量，反应一段时间后体系中n(NO)、n(NO₂)和n(SO₂)随反应前n(O₃)：n(NO)的变化见下图。

①当n(O₃)：n(NO)>1时，反应后NO₂的物质的量减少，其原因是__________。
②增加n(O₃)，O₃氧化SO₂的反应几乎不受影响，其可能原因是_________。
（3）当用CaSO₃水悬浮液吸收经O₃预处理的烟气时，清液(pH约为 8)中SO₃^2－将NO₂转化为NO₂^－，其离子方程式为：___________。
（4）CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液，达到平衡后溶液中c(SO₃^2－)=________[用c(SO₄^2－)、Ksp(CaSO₃)和Ksp(CaSO₄)表示]；CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，其主要原因是_________。

用将转化为，可提高效益，减少污染，
（1）传统上该转化通过如图所示的催化剂循环实现，

其中，反应①为：  △H₁反应②生成的反应热为△H₂，则总反应的热化学方程式为（反应热用△H₁和△H₂表示）。

（2）新型催化剂对上述转化为的总反应具有更好的催化活性，
①实验测得在一定压强下，总反应的平衡转化率随温度变化的a_HCl-T曲线如图，则总反应的△H0（填"＞"、"﹦"或"＜"）；A、B两点的平衡常数K（A）与K（B）中较大的是。

②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应a_HCl-T曲线的示意图，并简要说明理由。
③下列措施中有利于提高a_HCl的有 。
A、增大n（）         B、增大n（）  
C、使用更好的催化剂       D、移去

（3）一定条件下测得反应过程中n（Cl₂）的数据如下：

t（min）	0	2.0	4.0	6.0	8.0
n（Cl2）/10^-3mol	0	1.8	3.7	5.4	7.2

计算2.0～6.0min内以的物质的量变化表示的反应速率（以mol·min^-1为单位，写出计算过程）。
（4）用途广泛，写出用制备漂白粉的化学方程式。

为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究 $2F{e}^{3+}+2I^{-}$ $\rightleftharpoons$ $2F{e}^{2+}+I_2$ 反应中 $F{e}^{3+}$ 和 $F{e}^{2+}$ 的相互转化。实验如下：

（1）待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，目的是使实验I的反应达到。
（2）iii是ii的对比试验，目的是排除有ii中造成的影响。
（3）i和ii的颜色变化表明平衡逆向移动， $F{e}^{2+}$ 向 $F{e}^{3+}$ 转化。用化学平衡移动原理解释原因:。
（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测i中 $F{e}^{2+}$ 向 $F{e}^{3+}$ 转化的原因：外加 $A{g}^{+}$ 使 $c（I^{-}）$ 降低，导致 $I^{-}$ 的还原性弱于 $F{e}^{2+}$ ，用下图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

① $K$ 闭合时，指针向右偏转，b作极。
②当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01 $mol/L$ $AgN{O}_3$ 溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。
（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ii中 $F{e}^{2+}$ 向 $F{e}^{3+}$ 转化的原因，
①转化原因是。
②与（4）实验对比，不同的操作是。
（6）实验I中，还原性： $I^{-}$ > $F{e}^{2+}$ ；而实验II中，还原性： $F{e}^{2+}$ > $I^{-}$ ，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是 $A{g}^{+}$ 。

氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：

（1）反应Ⅰ的化学方程式是。
（2）反应Ⅰ得到的产物用进行分离。该产物的溶液在过量的存在下会分成两层--含低浓度的层和高浓度的的层。
①根据上述事实，下列说法正确的是（选填序号）。
a．两层溶液的密度存在差异
b．加前，溶液和HI溶液不互溶
c．在溶液中比在溶液中易溶
②辨别两层溶液的方法是。
③经检测，层中=2.06：1。其比值大于2的原因是。
（3）反应Ⅱ：

它由两步反应组成：i．

ii．分解。
L（L₁、L₂），X可分别代表压强或温度。下图表示L一定时，ii中的平衡转化率随X的变化关系。

①X代表的物理量是。
②判断L₁、L₂的大小关系，并简述理由：。

氮可形成多种氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等。已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和。实验测得N－N键键能为167kJ·mol^－1， NO₂中氮氧键的平均键能为466 kJ·mol^－1，N₂O₄中氮氧键的平均键能为438．5 kJ·mol^－1。
（1）写出N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式：____________
（2）对反应N₂O₄（g）2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是_____

A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（3）在100℃时，将0．40mol的NO₂气体充入2 L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：

时间（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0．40	n1	0．26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0．00	0．050	n2	0．080	0．080

①在上述条件下，从反应开始直至20 s时，二氧化氮的平均反应速率为____________
②n₃     n₄（填“>”、“<”或“=”），该反应的平衡常数K的值为             ，升高温度后，反应2NO₂N₂O₄的平衡常数K将      （填“增大”、“减小”或“不变”）。
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是_____________mol·L^－1。

(18分)C、N、S是重要的非金属元素，按要求回答下列问题：
（1）烟道气中含有的CO和SO₂是重要的污染物，可在催化剂作用下将它们转化为S（s）和CO₂，此反应的热化学方程式为______________________________________。
已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H=－283.0kJ·mol^－1；S(s)+O₂=SO₂(g)  △H=－296.0 kJ·mol^－1
（2）向甲、乙两个均为1L的密闭容器中，分别充入5mol SO₂和3mol O₂，发生反应：2 SO₂ (g)＋O₂ (g)2 SO₃ (g)  △H＜0。甲容器在温度为T₁的条件下反应，达到平衡时SO₃的物质的量为4.5mol；乙容器在温度为T₂的条件下反应，达到平衡时SO₃的物质的量为4.6mol。则T₁________T₂(填“＞”“＜”)，甲容器中反应的平衡常数K=___________。
（3）如图所示， A是恒容的密闭容器，B是一个体积可变的充气气囊。保持恒温，关闭K₂，分别将1 mol N₂和3mol H₂通过K₁、K₃充入A、B中，发生的反应为N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)，起始时A、B的体积相同均为a L。

①下列示意图正确，且既能说明A容器中反应达到平衡状态，又能说明B容器中反应达到平衡状态的是___。

②容器A中反应到达平衡时所需时间t s，达到平衡后容器的压强变为原来的5/6，则平均反应速率v(H₂)=____。
（4）将0.1mol氨气分别通入1L pH=1的盐酸、硫酸和醋酸溶液中，完全反应后三溶液中NH₄⁺离子浓度分别为c₁、c₂、c₃，则三者浓度大小的关系为_______ (用c₁、c₂、c₃和＞、＜、＝表示)。已知醋酸铵溶液呈中性，常温下CH₃COOH的Ka＝1×10^－5 mol·L^－1，则该温度下0.1 mol·L^－1的NH₄Cl溶液的pH为_________。

（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）

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。已知：
2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g) △H₁＝－566.0kJ·mol^-1；
S(s)+O₂(g)SO₂(g) △H₂＝－296.0kJ·mol^-1；
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为____，H₂的平均生成速率为  mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为____反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的____极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

对气体的转化与吸收的研究，有着实际意义。
（1）一定条件下，工业上可用CO或CO₂与H₂反应生成可再生能源甲醇，反应如下：
3H₂(g)+CO₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    △H₁=-49.0KJ/mol     K₁（Ⅰ）
2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)           △H₂=-90.8KJ/mol    K₂（Ⅱ）
则CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)的△H₃=     KJ/mol和K₃=      （用K₁和K₂表示）
（2）在一定温度下，将0．2mol CO₂和0．8mol H₂充入容积为2L的密闭容器中合成CH₃OH（g）。
5min达到平衡时c(H₂O)=0.025mol/L，则5min内v(H₂)= _______mol/（L·min）。下图图像正确且能表明该反应在第5min时一定处于平衡状态的是______。

若改变某一条件，达到新平衡后CO₂的浓度增大，则下列说法正确的是_______。
a．逆反应速率一定增大    b．平衡一定向逆反应方向移动
c．平衡常数不变或减小    d．CO₂的物质的量可能减小
（3）反应II可在高温时以ZnO为催化剂的条件下进行。实践证明反应体系中含少量的CO₂有利于维持ZnO的量不变，原因是_________（写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明；已知高温下ZnO可与CO发生氧化还原反应）。
（4）实验室里C1₂可用NaOH溶液来吸收。室温下，若将一定量的C1₂缓缓通入0．2mol/L NaOH溶液中，恰好完全反应得溶液A，反应过程中水的电离程度________（填“变大”、“变小”或“不变”，下同），_________。溶液B为0．05mol/L的（NH₄）₂SO₄溶液，则A、B两溶液中c(ClO^－)、c(Cl^－)、c(NH₄^＋)、c(SO₄^2-)由大到小的顺序为_________（已知：室温下HClO的电离常数Ka=3.2×10^-8， NH₃·H₂O的电离常数Kb=1.78×10^-5）。

工业废气、汽车尾气排放出的SO₂、NO_x等，是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。
（1）大气中的SO₂在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是____________________。
（2）已知2SO₂（g）+ O₂（g） 2SO₃（g） △H＝－196kJ/mol，提高反应中SO₂的转化率，是减少SO₂排放的有效措施。
①T温度时，在2L容积固定不变的密闭容器中加入2．0 mol SO₂和1．0 mol O₂，5 min后反应达到平衡，二氧化硫的转化率为50%，则υ（O₂）＝____________。
②在①的条件下，判断该反应达到平衡状态的标志是_______（填字母）。
a．SO₂、O₂、SO₃三者的浓度之比为2∶1∶2   
b．容器内气体的压强不变
c．容器内混合气体的密度保持不变            
d．SO₃的物质的量不再变化
e．SO₂的生成速率和SO₃的生成速率相等
③若反应初始时，在容器中加入1．5 mol SO₂和0．8 mol O₂，则平衡后二氧化硫的转化率       氧气的转化率（填大于、小于或等于）。
（3）烟气中的SO₂可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如下图所示。（电极材料为石墨）

①图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）_______极，C口流出的物质是_______。
②SO₃^2－放电的电极反应式为_____________________________________。
③电解过程中若消耗12．6gNa₂SO₃，则阴极区变化的质量为_______g（假设该过程中所有液体进出口密闭）。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用两种方法制备甲醇：
反应Ⅰ：CO（g） + 2H₂ （g） CH₃OH （g） H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH （g）+H₂O（g） H₂
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2．041	0．270	0．012

由表中数据判断H₁_______________0（填“>”、“=”或“<”）。
②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0．4mol，则CO的反应速率为______________，此时的压强是反应前压强的___________倍。
（2）反应Ⅱ的平衡常数表达式为____________________，为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H₂的转化率，采取的措施是_______________（填写正确选项的字母）。
a．增大CO₂的浓度           b．增大H₂的浓度
c．增大压强               d．加入催化剂
（3）工业上利用CO与水蒸气的反应，将有毒的CO转化为无毒的CO₂，书写有关热化学反应方程式_______。该反应在830K下进行时，初始浓度到达平衡的时间有如下的关系：

CO的初始浓度（mol/L）	2	4	1	3
H2的初始浓度（mol/L）	3	2	3	3
时间（min）	8	6	12	n

则n 为________min。
（4）近年来，科研人员新开发出一种甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池。该电池中甲醇发生反应的一极为______极、其电极反应式为_________________。
（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，每消耗0．2mol CH₃OH，阴极产生标况下气体的体积为       L。

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。
（1）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：
I．
II．N₂(g)+ O₂(g) 2NO(g)    ΔH₁
2CO(g) + O₂(g) 2CO₂ (g)     ΔH₂=" -565" kJ·mol^-1
①ΔH₁=          。
②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，写出反应的热化学方程式               。
（2）电化学气敏传感器法测定汽车尾气。其中CO传感器的工作原理如图所示，则工作电极的反应式为
（3）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2-)较小的是     ，用文字和化学用语解释原因       。

（4）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
②l0 min内，反应的平均反应速率v (CO2)=            。
③T℃时，该反应的平衡常数K=       。

(18分)化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：

则反应a的平衡常数表达式为_________；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄∆H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，增大，减小

C．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为__________极，其电极反应式为_________________。
②当有2.24LNO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol。
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用____________交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式_______________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有____________(任写一种)。

“霾”是当今世界环境热点话题。目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：
2NO(g)+2CO(g) 2CO₂(g)+N₂(g)   △H=－a kJ·mo1^－1(a>0)
（1）在一定温度下，将2．0mol NO、2．4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：

①0～15minN₂的平均速率v(N₂)=          ；NO的转化率为          。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是       (选填序号)。
a．缩小容器体积   b．增加CO的量   c．降低温度   d．扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0．4mol，化学平衡将      移动(选填“向左”、“向右”或“不”)，重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为           。
（2）己知：2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)  △H=－bkJ·mol^-1(b>0)
CO的燃烧热△H=－CkJ·mol^-1(c>0)
则在消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO发生反应的热化学反应方程式为：             。
（3）工业废气中含有的NO₂还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO₂转化为N₂O₄，然后采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示。Pt乙为             极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是             。

（1）由金红石(TiO₂)制取单质Ti涉及的步骤为：TiO₂→TiCl₄Ti。
已知：
①C(s)＋O₂(g)===CO₂(g) ΔH₁＝－393.5 kJ·mol^－1
②2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g) ΔH₂＝－566 kJ·mol^－1
③TiO₂(s)＋2Cl₂(g)TiCl₄(s)＋O₂(g)   ΔH₃＝＋141 kJ·mol^－1
则TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)TiCl₄(s)＋2CO(g)的 ΔH=        。
（2）在一定温度下，5L密闭容器中进行TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)TiCl₄(s)＋2CO(g)反应，若容器中加入足量的TiO₂和C后，充入0.2mol的Cl₂，经过5s达到平衡时Cl₂转化率为80%。
①计算v（CO）=     mol/(L·s) ，此温度下的平衡常数K=       。
②用Cl₂的物质的量浓度的改变来表示反应速率v_正、v_逆与时间的关系图，则图中阴影部分的面积为               。

③以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是    。

A．气体的密度不随时间改变

B．容器中的压强不随时间变化

C．CO的浓度不随时间变化

D．TiCl4物质的量不随时间变化

E. TiCl₄与CO物质的量之比不随时间变化
④若继续充入0.2molCl₂，重新达到平衡后Cl₂的浓度为         mol/L。
（3）反应③经过10 min达到平衡，得到物质的量浓度与时间的关系如下图。若将容器的容积压缩为原来的一半,再经过5 min后重新达到平衡时的平衡常数为       ，若升高温度该反应的平衡常数将       （填：增大、减小或不变）。