高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响实验题

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________________________。

NH₃及其盐都是重要的化工原料。
（1）用NH₄Cl和Ca(OH)₂制备NH₃，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为         、         、        （填字母）。

（2）恒定温度下在特制的密闭真空容器中充入2molNH₃、1molCO₂，发生反应制备氨基甲酸铵 2NH₃(g)＋CO₂(g)  NH₂COONH₄(s)(假设固体试样体积忽略不计)。若容器体积不变，可以判断该反应已经达到化学平衡的是         （填字母）。
A．υ(NH₃)= 2υ(CO₂)
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
上述反应达到平衡后，若在恒温下压缩容器体积，重新达平衡后混合气体中NH₃的体积分数             （填“增加”、“减小”或“不变”）。
（3）铵盐在水溶液中建立如下水解平衡：NH₄Cl+H₂ONH₃·H₂O+HCl，研究表明，浓度、温度、pH均对铵盐水解程度(即上述反应中中NH₄Cl的转化率)产生影响。某兴趣小组探究某一种因素对溶液中NH₄Cl水解程度的影响。
试剂与仪器：固体NH₄Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽(可控制温度)。
设计实验方案，pH为拟测定的数据，表中V(溶液)表示所配制NH₄Cl溶液的体积。

物理量 实验序号	V(溶液)/mL	NH4Cl /g	温度/℃	pH	…
1	100	m	T1		…
2	100	m	T2		…
3	100	2m	T2		…

 
请分析，实验1、2的目的是探究               对溶液中NH₄Cl水解程度的影响，实验2、3的目的是探究              对溶液中NH₄Cl水解程度的影响。

通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。
I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
（1）向1L恒容密闭容器中充入CO和H₂O（g），800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n（H2O）/mol	0．600	0．520	0．450	0．350	0．350
n（CO）/mol	0．400	0．320	0．250	0．150	0．150

则该温度下反应的平衡常数K=                   。（保留2位有效数字）
（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O（g）、2molCO₂、2mo1 H₂，此时v （正）_____________ v （逆）（填“>” “="”" 或 “<”）。
II．已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1。
（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为                             。
（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响                  。
III．为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如右图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。

（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                           。
（6）已知一个电子的电量是1．602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵C的电量时，生成NaOH              g。
Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。
（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：
a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂      b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O
c．CO₂ + CH₄CH₃COOH          d．2CO₂ + 6H₂ CH₂=CH₂ + 4H₂O
以上反应中，最节能的是               ，反应b中理论上原子利用率为                  。

用下图装置进行转化为的转化率测定实验：
。已知：

	熔点（）	沸点（）
	-72.4	-10
	16.8	44.3

（1）要顺利进行实验，上图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处各应连接合适的装置（可重复使用），请从下列A～E中选择适宜的装置，将其序号填入空格内。

（2）将装置连接好，实验前，必须进行的操作是（不必写具体过程）          。
（3）实验时，浓硫酸有顺利滴入烧瓶中，甲装置所起作用的原理是               。
（4）开始实验时，先从乙处均匀通入，为使有较高的转化率，实验时滴入浓硫酸与加热催化剂的先后顺序是             。
（5）实验中“当表面红热时，应将酒精灯移开一会儿再加热”，以防温度过高，这样做的原因是               ；若用大火加热有处的反应管时，的转化率会         （填“升高”、“降低”或“不变”）。
（6）实验时若用25.2g的，加入的浓硫酸是足量的，反应结束时继续通入一段时间，称得Ⅱ处装置的质量增加11.3g，则本实验中的转化率为      %（保留小数点后一位）。

（I）目前，汽车厂商常利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO₂和N₂，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO₂＋N₂。为研究如何提高该转化过程反应速率，某课题组进行了以下实验探究。
【资料查阅】①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同；
②使用相同的催化剂，当催化剂质量相等时，催化剂的比表面积对催化效率有影响。
【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律，设计了以下对比实验。
（1）完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验编号	实验目的	T/℃	NO初始浓度 mol/L	CO初始浓度 mol/L	同种催化剂的比表面积m^2/g
Ⅰ	为以下实验作参照	280	6.50×10^-3	4.00×10^-3	80
Ⅱ					120
Ⅲ	探究温度对尾气转化速率的影响	360	6.50×10^-3	4.00×10^-3	80

【图像分析与结论】利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图，如下：

（2）计算第Ⅰ组实验中，达平衡时NO的浓度为__________________；
（3）由曲线Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂比表面积，汽车尾气转化速率_____________（填“增大”、“减小”、“无影响”）。
（II）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0.9mol·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·s^－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1mol N≡N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

已知2NO₂(g)N₂O₄（g) ΔH（298K）=-52.7kJ·mol-1，某课外活动小组为了探究温度和压强对化学平衡的影响，做了如下两组实验：
Ⅰ．该小组的同学取了两个烧瓶A和B，分别加入相同浓度的NO₂与N₂O₄的混合气体，中间用夹子夹紧，并将A和B浸入到已盛有水的两个烧杯中（如图所示），然后分别向两个烧杯中加入浓硫酸和NH₄NO₃固体。

请回答：
（1）A中的现象             ，B中的现象                         ；
（2）由此可知，降低温度，该化学平衡向     （填“正”或“逆”）反应方向移动；
（3）该化学反应的浓度平衡常数表达式为           ，升高温度，该反应中NO₂的转化率将        （填“增大”、“减小”或“不变”）。
Ⅱ．在三支容积均为30cm³针筒中分别抽入10cm³NO₂气体，将针筒前端封闭。
（1）将第二支针筒活塞迅速推至5cm³处，此时气体的颜色变深，一段时间后气体颜色又变浅了，但仍比第一支针筒气体的颜色深。
①推进针筒后颜色变深的原因是                         ；
②一段时间后气体颜色又变浅的原因是                          ；
③由此实验得出的结论是                    。
（2）将第三支针筒活塞拉至20cm³处，该同学观察到的现象是                ；在此过程中，该反应的化学平衡常数将         (填“增大”、“减小”或“不变”，下同），NO₂的转化率将    。

根据我国目前汽车业发展速度,预计2020年汽车保有量超过2亿辆,中国已成为全球最大的汽车市场。因此，如何有效处理汽车排放的尾气，是需要进行研究的一项重要课题。目前，汽车厂商常利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO₂和N₂，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO₂＋N₂。为研究如何提高该转化过程反应速率，某课题组进行了以下实验探究。
【资料查阅】①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同；
②使用相同的催化剂，当催化剂质量相等时，催化剂的比表面积对催化效率有影响。
【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律，设计了以下对比实验。
（1）完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验 编号	实验目的	T/℃	NO初始浓度 mol/L	CO初始浓度 mol/L	同种催化剂 的比表面积m^2/g
Ⅰ	为以下实验作参照	280	6.50×10^-3	4. 00×10^-3	80
Ⅱ	①	②	③	④	120
Ⅲ	探究温度对尾气转化速率的影响	360	⑤	⑥	80

【图像分析与结论】利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图，如下：

（2）计算第Ⅰ组实验中，达平衡时NO的浓度为__________________；
（3）由曲线Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂比表面积，汽车尾气转化速率_____________（填“增大”、“减小”、“无影响”）；

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 $A{g}^{+}$ 。

为证明化学反应有一定的限度，进行如下探究活动： I．取5m1 0.1mol/L的KI溶液，滴加几滴FeCl₃稀溶液(已知：2Fe³⁺+2I^-=I₂+2Fe²⁺) Ⅱ．继续加入2ml CCl₄振荡. Ⅲ．取萃取后的上层清液，滴加KSCN溶液。
（1）探究活动I的实验现象为                                   ；
探究活动Ⅱ的实验现象为                                   。
（2）探究活动Ⅲ的意图是通过生成血红色的Fe(SCN)₃溶液，验证有Fe³⁺残留，从而证明化学反应有一定的限度，但在实验中却未见溶液呈血红色。对此同学们提出了下列两种猜想：
猜想一：Fe³⁺全部转化为Fe²⁺；
猜想二：生成的Fe(SCN)₃浓度极小，其颜色肉眼无法观察。
为了验证猜想，查阅资料获得下列信息：
信息一：乙醚微溶于水，Fe(SCN)₃在乙醚中的溶解度比在水中大，Fe(SCN)₃在乙醚中与在水中呈现的颜色相同；
信息二：Fe³⁺可与[Fe(CN)₆] ^4-反应生成蓝色沉淀，用K₄[Fe(CN)₆](黄色)溶液检验Fe³⁺的灵敏度比用KSCN更高。结合新信息，现设计以下实验方案验证猜想：
ⅰ.请完成下表实验操作、现象和结论

实 验 操 作	现 象 和 结 论
步骤一：取萃取后的上层清液滴加2滴K4[Fe(CN)6]	若产生①                 ， 则②               不成立；
步骤二：往探究Ⅲ所得溶液中加入少量乙醚，充分振荡、静置分层	若③                    ， 则④                  成立；

ⅱ.写出实验操作“步骤一”中反应的离子方程式为                                     。

氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等。某化学兴趣小组模拟制备氨基甲酸铵，并探究其分解反应平衡常数。反应的化学方程式： 2NH₃(g)＋CO₂(g) NH₂COONH₄(s)。请按要求回答下列问题：
（1）请在下图1方框内画出用浓氨水与生石灰制取氨气的装置简图。
（2）制备氨基甲酸铵的装置如下图2所示。生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中。

①从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是_____________（填操作名称）。
②上图3中浓硫酸的作用是_______________________________________。
（3）将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡。实验测得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
平衡总压强(kPa)	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡气体总浓度(×10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

 
①下列选项可以判断该分解反应达到平衡的是________。
A．
B．密闭容器内物质总质量不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
②该分解反应的焓变ΔH______0（填 “>”、“=”或“<”），25.0℃时分解平衡常数的值＝__________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将_________（填“增加”,“减少”或“不变”）。

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe₂O₃(s)+3CO(g)  2Fe(s)+3CO₂(g)   ΔH =" a" kJ  mol^－1
（1）已知：
①Fe₂O₃(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g)   ΔH₁ =" +" 489.0 kJ  mol^－1 
②C(石墨)+CO₂(g) = 2CO(g)            ΔH₂ =" +" 172.5 kJ  mol^－1
则a =         kJ  mol^－1。
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K =       ，温度升高后，K值        （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

 
① 甲容器中CO的平衡转化率为        。
② 下列说法正确的是         （填字母）。
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3
d．增加Fe₂O₃可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。
①在a～c装置中，能保护铁的是        （填字母）。
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是           （填名称）。

氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等。某化学兴趣小组模拟制备氨基甲酸铵，并探究其分解反应平衡常数。反应的化学方程式： 2NH₃(g)＋CO₂(g)NH₂COONH₄(s)。请按要求回答下列问题：
（1）请在下图1方框内画出用浓氨水与生石灰制取氨气的装置简图。
（2）制备氨基甲酸铵的装置如下图2所示。生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中。

①从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是_____________（填操作名称）。
②上图3中浓硫酸的作用是_______________________________________。
（3）将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积
忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡。实验测得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
平衡总压强(kPa)	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡气体总浓度(×10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

 
①下列选项可以判断该分解反应达到平衡的是________。
A．
B．密闭容器内物质总质量不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
②该分解反应的焓变ΔH______0（填“>”、“=”或“<”）。
25.0℃时的分解平衡常数的值＝__________________________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将_________（填“增加”,“减少”或“不变”）。
（4）图2中反应器用冰水冷却的原因是_____________________________________。

为证明化学反应有一定的限度，进行如下探究活动：
I．取5mL 0.1mol/L的KI溶液，滴加5—6滴FeCl₃稀溶液；  
Ⅱ．继续加入2mL CCl₄，盖好玻璃塞，振荡静置。
Ⅲ．取少量分液后得到的上层清液，滴加KSCN溶液。
Ⅳ．移取25.00mLFeCl₃稀溶液至锥形瓶中，加入KSCN溶液用作指示剂，再用c mol/LKI标准溶液滴定，达到滴定终点。重复滴定三次，平均耗用c mol/LKI标准溶液VmL。
（1）探究活动I中发生反应的离子方程式为                              。
请将探究活动Ⅱ中“振荡静置”后得到下层液体的操作补充完整：将分液漏斗放在铁架台上，静置。
                                                                           。
（2）探究活动Ⅲ的意图是通过生成红色的溶液（假设溶质全部为Fe(SCN)₃），验证有Fe³⁺残留，从而证明化学反应有一定的限度，但在实验中却未见溶液呈红色。对此同学们提出了下列两种猜想：
猜想一：Fe³⁺全部转化为Fe²⁺     猜想二：生成的Fe(SCN)₃浓度极小，其颜色肉眼无法观察。
为了验证猜想，查阅资料获得下列信息：
信息一：乙醚微溶于水，密度为0.71g/mL，Fe(SCN)₃在乙醚中的溶解度比在水中大；
信息二：Fe³⁺可与[Fe(CN)₆]^4—反应生成暗蓝色沉淀，用K₄[Fe(CN)₆](亚铁氰化钾)溶液检验Fe³⁺的灵敏度比用KSCN溶液更高。
结合新信息，现设计以下实验方案验证猜想：
①请完成下表

实验操作	现象和结论
步骤一：	若产生暗蓝色沉淀，则                  。
步骤二：	若乙醚层呈红色，则          。

 
②写出实验操作“步骤一”中的反应离子方程式：                        。
（3）根据探究活动Ⅳ，FeCl₃稀溶液物质的量浓度为        mol/L。

二氧化硫和氮的氧化物是重要的化工原料，同时也是造成大气污染的主要物质。对其性质的研究是化学的重要任务。
（1）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：
2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)
某温度下，SO₂的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。根据图示回答下列问题：

①将2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa。该反应的平衡常数等于_____。
②平衡状态由A变到B时．平衡常数K(A)_______K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）N₂O₅在四氯化碳溶液中的分解反应为：2N₂O₅＝4NO₂＋O₂。实验测得在67℃时反应体系中N₂O₅的物质的量浓度随时间的变化如下表所示。

t/min	0	1	2	3	4	5
c(N2O5)/mol·L^—1	1.00	0.71	0.50	0.35	0.25	0.17

①实验进行的前1分钟和最后1分钟，用N₂O₅的物质的量浓度变化表示的平均反应速率分别是   、   。
②实验进行的最后1分钟，用NO₂的物质的量浓度变化表示的平均反应速率是   ；5分钟时NO₂的物质的量浓度是       。
（3）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H＝－574 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－1160 kJ·mol^－1
若用标准状况下4.48L CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为____kJ。