高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

氢气是一种清洁能源，氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点。
（1）纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂。一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu₂O并通入0.10mol水蒸气发生反应：2H₂O(g)2H₂(g)＋O₂(g)△H = +484kJ·mol^—1，不同时段产生O₂的量见下表：

时间/min	20	40	60	80
n(O2)/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反应过程中能量转化形式为光能转化为            能，达平衡过程中至少需要吸收光能为             kJ。
（2）现有反应：CO(g)+ H₂O(g) CO₂(g)+ H₂(g)  △H<0，在相同温度和相同体积下进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：

物质的量	CO	H2 O	CO2	H2
甲	a mol	a mol	0 mol	0 mol
乙	0mol	0 mol	2a mol	a mol
丙	0 mol	0 mol	a mol	a mol
丁	a mol	a mol	a mol	a mol

 
上述四种情况达到平衡后，甲、乙、丙、丁容器中n(CO)的大小顺序为           。
（3）金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。高温下，在密闭容器中用H₂还原WO₃得金属钨，总反应为WO₃ (s) + 3H₂ (g)W (s) + 3H₂O (g)。请回答下列问题：
①某温度下反应达平衡时，H₂与水蒸气的体积比为2:3，则H₂的平衡转化率为              。
②上述总反应过程大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表所示：

温度	25℃  ~  550℃  ~  600℃  ~  700℃
主要成份	WO3      W2O5      WO2        W

假设WO₃完全转化为W，则三个阶段消耗H₂物质的量之比为              。
③钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I₂可延长灯管的使用寿命，其工作原理为：W (s) +2I₂ (g)WI₄ (g)。下列说法正确的有               （填字母）。
A．灯管内的I₂可循环使用
B．WI₄在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
C．WI₄在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长
D．温度升高时，WI₄的分解速率加快，W和I₂的化合速率减慢

目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
（1）工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一，一种氯化镁晶体脱水的方法是：先将MgCl₂·6H₂O转化为MgCl₂·NH₄C1·nNH₃（铵镁复盐），然后在700℃脱氨得到无水氯化镁，脱氨反应的化学方程式为 ____________。
（2）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110～200℃的反应为：Mg(AlH₄)₂＝MgH₂+2Al+3H₂↑。生成2．7gAl时，产生的H₂在标准状况下的体积为______________L。
（3）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系图。由下图可知，下列说法正确的是_______________(填字母)。

a．25℃时，纯铝与水不反应
b．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
c．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时，Al－LiBH₄复合材料[w(LiBH₄)=25%]与水反应一定时间后产物的X－射线衍射图谱（X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。

从图中可知，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是______________(填化学式)。
（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol·L^-1，平衡时苯的浓度为b mol·L^-1，该反应的平衡常数K＝_______________。
②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。生成目标产物的电极反应式为_______________。

煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
（1）已知：

①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）   △H=+131.3kJ·mol^﹣1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g） △H=+41.3kJ·mol^﹣1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为                 。
该反应在           （填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行．
（2）有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C（s）+2NO（g） N₂（g）+CO₂（g）．向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得各物质的浓度如下表所示：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0．25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min内，N₂的平均反应速率v（N₂）=                      ．
②30min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__________（填字母序号）．
A．通入一定量的NO        B．加入一定量的活性炭
C．加入合适的催化剂      D．适当缩小容器的体积
（3）研究表明：反应CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g）平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol·L^﹣1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为              ．
（4）用CO做燃料电池电解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极．工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同．

①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为             ．
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是            （填离子符号）的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要             mL 5.0mol·L^﹣1 NaOH溶液．

在体积为2L的密闭容器中进行下列反应：C(g)+CO₂(g)2CO(g)；△H＝Q kJ·mol^-1。下图为CO₂、CO的物质的量随时间t的变化关系图。下列说法不正确的是（    ）

A．CO在2－3min和4－5min时平均速率相等

B．当固焦炭的质量不发生变化时，说明反应已达平衡状态

C．5min时再充入一定量的CO，n(CO)、n(CO2)的变化可分别由c、b曲线表示

D．3min时温度由T1升高到T2，重新平衡时K(T2)小于K(T1)

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

葡萄酒中抗氧化剂的残留量是以游离SO₂的含量计算，我国国家标准（GB2760－2014）规定葡萄酒中SO₂的残留量≤0.25g/L。某兴趣小组设计实验方案对葡萄酒中SO₂进行测定。
Ⅰ.定性实验方案如下：
（1）将SO₂通入水中形成SO₂ ─饱和H₂SO₃溶液体系，此体系中存在多个含硫元素的平衡，分别用平衡方程式表示为_______________。
（2）利用SO₂的漂白性检测干白葡萄酒（液体为无色）中的SO₂或H₂SO₃。设计如下实验：

实验结论：干白葡萄酒不能使品红溶液褪色，原因为：_________________________。
Ⅱ.定量实验方案如下（部分装置和操作略）：

（3）仪器A的名称是________________。
（4）A中加入100.0mL葡萄酒和适量盐酸，加热使SO₂全部逸出并与B中H₂O₂完全反应，其化学方程式为______________。
（5）除去B中过量的H₂O₂，然后再用NaOH标准溶液进行滴定， 除去H₂O₂的方法是__________。
（6）步骤X滴定至终点时，消耗NaOH溶液25.00mL，该葡萄酒中SO₂的含量为__________g/L。该测定结果比实际值偏高，分析原因________________________。

(14分) 二氧化碳与氢气催化合成甲醇，发生的反应为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH（g）+H₂O(g)
（1）已知：

化学键	H－H	C－O	C=O	H－O	C－H
键能/kJ·mol^－1	436	326	803	464	414

计算上述反应的△H=                  kJ.mol^-1。
（2）一定条件下，将n(CO₂):n(H₂)=1:1的混合气充入恒温恒容密闭容器中，下列事实可以说明该反应已达平衡的是                       （填选项字母）。
A．容器内气体密度保持不变
B．CO₂的体积分数保持不变
C．H₂O(g)与CO₂(g)的生成速率之比为1∶1
D．该反应的平衡常数保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量不变
F．容器中压强保持不变
（3）一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，在不同催化剂作用下的反应I、反应II与反应III，相同时间内CO₂转化率随温度变化的数据如表所示，据表中数据绘制“图1”：

相同时间内CO2转化率	T1	T2	T3	T4	T5
反应Ⅰ	65%	77%	80%	80%	66.67%
反应Ⅱ	56%	67%	76%	80%	66.67%
反应Ⅲ	48%	62%	72%	80%	66.67%

（T₅时，图1中C点转化率为66.67%，即转化了2/3）
①催化剂效果最佳的反应是                （填“反应I”，“反应II”，“反应III”）。
②T₃的b点v_（正）              v_（逆）（填 “>”， “<”， “="”" ）。
③T₄的a点转化率比T₅的c点高的原因是                         。
④在温度为T₅时，该反应的平衡常数K=                           。
⑤在温度为T₅时，CH₃OH的浓度随时间变化的趋势如“图2”所示。
当时间到达t₁时，将生成的甲醇和水同时除去，并维持该温度，在 t₂时达新平衡。
请在“图2”中画出t₁时刻后CH₃OH的浓度变化总趋势曲线。

汽车尾气作为空气污染的主要来源之一，其中含有大量的有害物质，包括CO、NO_x、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等。对汽车尾气的治理使环境工作者面临了巨大的挑战。试回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
则由CH₄将NO₂完成还原成N₂，生成CO₂和水蒸气的热化学方程式是____________________；
（2）NO_x也可被NaOH溶液吸收而生成NaNO₃、NaNO₂，已知某温度下，HNO₂的电离常数K_a=9.7×10^-4mol•L^-1，NO₂^-的水解常数为K_h=8.0×10^-10mol•L^-1，则该温度下水的离子积常数=______（用含Ka、Kh的代数式表示），此时溶液的温度______25℃（“＞”、“＜”、“=”）。
（3）化工上利用CO合成甲醇，反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-90.8KJ•mol^-1。不同温度下，CO的平衡转化率如右图所示：图中T₁、T₂、T₃的高低顺序是________，理由是______。

（4）化工上还可以利用CH₃OH生成CH₃OCH₃。在体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)。

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
CH3OH	CH3OCH3	H2O
Ⅰ	387	0.20	0.080	0．080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

该反应的正反应为________反应（填“吸热”、“放热”），若起始是向容器Ⅰ中充入CH₃OH0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol和H₂O0.10mol，则反应将向_____方向进行（填“正”、“逆”）。
（5）CH₃OH燃料电池在便携式通讯设备、汽车等领域有着广泛的应用。已知电池工作时的总反应方程式为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，电池工作时的示意图如右图所示：

质子穿过交换膜移向_____电极区（填“M”、“N”），负极的电极反应式为________。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
（1）已知拆开1 mol H₂、1 mol O₂和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ；CH₃OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol^－1。
则CO₂(g)＋3H₂(g)＝CH₃OH(g)＋H₂O(l) ∆H＝         kJ·mol^－1
（2）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(l)
①该反应平衡常数表达式K＝          。
②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∆H          0，(填“＞”或“＜”)。若温度不变，减小反应投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，则K将         (填“增大”、“减小”或“不变”)。

③某温度下，向体积一定的密闭容器中通入CO₂(g)与H₂(g)发生上述反应，当下列物理量不再发生变化时，能表明上述可逆反应达到化学平衡的是          。

A．二氧化碳的浓度	B．容器中的压强
C．气体的密度	D．CH3OCH3与H2O的物质的量之比

（3）向澄清的石灰水中通入CO₂至溶液中的Ca^2＋刚好完全沉淀时，则溶液中c(CO₃^{2 －})＝          。[已知：K_sp(CaCO₃)=2.8×10^－9]
（4）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示：请写出电解过程中Y 电极附近观察到的现象                    ；当燃料电池消耗2.8L O₂(标准状况下)时，计算此时：NaCl溶液的pH=               (假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出)。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了高热值的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛．生产煤炭气的反应之一是：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)  H=+131.4kJ/mol
（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min的平均反应速率为______________。
（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是___________．
A．CO的含量保持不变
B．v_正(H₂O)=v_正(H₂)
C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）若上述反应在t₀时刻达到平衡(如图)，在t₁时刻改变某一条件，请在图中继续画出t₁时刻之后正反应速率随时间的变化：

①缩小容器体积，t₂时到达平衡（用实线表示）；
②t₃时平衡常数K值变大，t₄到达平衡（用虚线表示）．
（4）在一定条件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O(l)变为H₂O(g)吸收44.0 kJ的热量，写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式_______________________
（5）如下图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为_____________。当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。

在20L的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H₂，发生：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H。测得平衡时CO的转化率随温度及不同压强下的变化。P₂和195℃时n(H₂)随时间的变化结果如表格所示。下列说法正确的是

A．0～3 min，平均速率v（CH3OH）="0.8" mol•L^－1•min^－1

B．P1＜P2，△H＜0

C．在P2及195℃时，该反应的平衡常数为25

D．在B点时，v（正）＞v（逆）

大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除(即脱硝)后才能排放。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O（1）  ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)==="2NO(g)"  ΔH＝＋180 kJ·mol^－1
CH₄可用于脱硝，其热化学方程式为：CH₄(g)＋4NO(g)=CO₂(g)＋2N₂(g)＋2H₂O（1），ΔH＝________。
（2）C₂H₄也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu^2＋负载量对NO去除率的影响，控制其它条件一定，实验结果如图1所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu^2＋负载量分别是___________________________。

（3）臭氧也可用于烟气脱硝。
①O₃氧化NO 结合水洗可产生HNO₃和O₂，该反应的化学方程式为______________。
②一种臭氧发生装置原理如图2所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为___________。
（4）如图3是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为________(填化学式)和H₂O。
②当消耗2molNH₃和0.5molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为_____________。
（5）NO直接催化分解(生成N₂与O₂)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40 ℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示。写出Y和Z的化学式： _____________________________。

在体积均为1．0L的两个恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉，再分别加入0.1molCO₂和0.2molCO₂，在不同温度下反应CO₂(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO₂的物质的量浓度c(CO₂)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是（   ）

A．反应CO2(g)＋c(s)2CO(g) △S>0、△H<0

B．体系的总压强P总：P总(状态Ⅱ)>2P总（状态Ⅰ）

C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ) >2c(CO，状态Ⅲ)

D．逆反应速率V逆：V逆（状态Ⅰ）>V逆（状态Ⅲ)

运用化学反应原理研究部分单质及其化合物的反应有重要意义。
（1）氨是氮循环过程中的重要物质，是氮肥工业的重要原料。氨的合成目前普遍使用的人工固氮方法：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)。请回答：
①已知：H-H键能为436kJ/mol，N   N键能为945kJ/mol，N一H键能为391kJ/mol．由键能计算消耗1molN₂时的△H=_________。若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡_______移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
②如图中：当温度由T₁变化到T₂时，K_A______K_B（填“＞”、“＜”或“=”）。
（2）氨气溶于水得到氨水。NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃时，将amolNH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，原因是___________（用离子方程式表示），向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将__________（填“正向”、“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为________mol/L（用含a、b的代数式表示），（NH₃·H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5mol/L）
（3）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：SO₂(g)+1/2O₂(g)SO₃(g)△H＜0，是工业上生产硫酸的关键步骤。
①在某温度时，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，则反应开始时正反应速率________逆反应速率（填“＜”、“＞”或“=”）。
②在①中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂(g)平衡浓度比原来减小的是________。
a．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol SO₃(g)
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He
c．降低温度
d．在其他条件不变时，减小容器的容积
③由硫酸可制得硫酸盐．在一定温度下，向K₂SO₄溶液中滴加Na₂CO₃溶液和BaCl₂溶液，当两种 沉淀共存时，＝_________。
[已知该温度时，Ksp(BaSO₄)=1.3×10^-10，Ksp(BaCO₃)=5.2×10^-9]

在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：3H₂(g)+N₂(g) 2NH₃(g)。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有关数据如下：
下列说法不正确的是（  ）

A．容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v（H2）=0.3mol·L^-1·min^-1

B．2c1＜1.5

C．在该温度下甲容器中反应的平衡常数K＝

D．2ρ1=ρ2