高中化学探究温度、压强对化学平衡的影响试题

（本小题14分）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而含氮化合物的用途广泛。
（1）图中表示两个常见的固氮反应：

①N₂＋3H₂2NH₃
②N₂＋O₂2NO的平衡常数（lg K）与温度的关系，
根据图中的数据判断下列说法正确的是________（填序号）。

A．反应②为放热反应

B．常温下，反应①的反应速率很大，而反应②的反应速率很小

C．升高温度，反应①的反应速率增大，反应②的反应速率减小

D．在常温下，利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大

（2）工业上也可在碱性溶液中通过电解的方法实现由N₂制取NH₃：2N₂＋6H₂O4NH₃＋3O₂，通入N₂的一极是________（填“阴极”或“阳极”），阳极的电极反应式是____    ___。
（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生反应：
①N₂（g）＋3H₂O（l）2NH₃（g）＋O₂（g） ΔH＝a kJ/mol。
已知：②N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g） ΔH＝－92.4 kJ/mol，
2H₂（g）＋O₂（g）2H₂O（l） ΔH＝－571.6 kJ/mol，则a＝__________。
（4）已知：4NH₃（g）＋3O₂（g）2N₂（g）＋6H₂O（g） ΔH＝－1316 kJ·mol^－1，氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。
①当温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，下列图像正确的是________（填代号）。

②该燃料电池的负极反应式是____________。
（5）工业上合成氨时，温度过高，氨气的产率降低，试从化学平衡移动原理的角度加以解释：_____________。

固定和利用CO₂，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体．工业上正在研究利用CO₂来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：
CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）+49．0kJ
某科学实验将6mol CO₂和8mol H₂充入一容积为2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）：

回答下列问题：
（1）由图分析，在下列时间段内反应速率最快的时间段是               （填答案编号）
a．0～1min     b．1～3min    c．3～8min    d．8～11min
（2）该反应在0～8min内CO₂的平均反应速率是                 mol/（L•min）．
（3）仅改变某一条件再进行实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示．与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是               ，曲线Ⅱ改变的条件可能是                 
若实线对应条件下平衡常数为K，曲线Ⅰ对应条件下平衡常数为K₁，曲线Ⅱ对应条件下平衡常数为K₂，则K、K₁和K₂的大小关系是                 
（4）下列表述能表示该反应已达平衡的是                （填答案编号）
a．容器内压强不再改变                 b．容器内气体的密度不再改变
c．容器内气体平均摩尔质量不再改变     d．容器内各物质的物质的量相等

向某密闭容器中加入0．3mol A、0．1mol C和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图1所示．图2为t₂时刻后改变容器中条件，平衡体系中速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种条件，所用条件均不同．已知t₃～t₄阶段为使用催化剂．下列说法错误的是

A． 若t₁=15s，生成物C在 t₀～t₁时间段的平均反应速率为0．004 mol•L^﹣1•s^﹣1
B． t₄～t₅阶段改变的条件为减小压强，t₅～t₆阶段改变的条件是升高化学反应的温度
C． B的起始物质的量为0．02 mol
D． 该化学反应的表达式为：3A（g）⇌B（g）+2C（g）

目前工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇，某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究。已知在不同温度下的化学反应。平衡常数（K₁、K₂、K₃）如下所示：

请回答下列问题：
（1）反应②是______________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃＝_____________（用K₁、K₂表示）。
（3）要使反应③在一定条件下建立的平衡逆向移动，可采取的措施有_______________（填字母序号）
A．缩小反应容器的容积      B．扩大反应容器的容积
C．升高温度                D．使用合适的催化剂
E．从平衡体系中及时分离出CH₃OH
（4）500℃时，测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol·L^-1）分别为0．8、0．1、0．3、0．15，则此时v正____________v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）甲醇是重要的基础化工原料，又是一种新型的燃料，最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极加入甲醇，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它们在高温下能传导O^2－离子，该电池的正极反应式为_________________。电池工作时，固体电解质里的O^2－向_____________极移动。
（6）300℃时，在一定的压强下，5molCO与足量的H₂在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ。在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，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：

下列说法正确的是______________________。
A．2c₁>c₃    B．a+b<90．8   C．2p ₂<p₃   D．α₁+α₃<1

燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM_2．5（可入肺颗粒物）污染也跟冬季燃煤密切相关。SO₂、CO、CO₂也是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。
（1）如图所示，利用电化学原理将SO₂转化为重要化工原料C

若A为SO₂，B为O₂，则负极的电极反应式为：________________________；
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O
已知：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）△H＝－a kJ·mol^－1；
2H₂（g）＋O₂（g）＝2H₂O（g）△H＝－b kJ·mol^－1；
H₂O（g）＝H₂O（l）△H＝－c kJ·mol^－1；
CH₃OH（g）＝CH₃OH（l）△H＝－d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：____________________________；
（3）光气 （COCl₂）是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂（g）＋CO（g）COCl₂（g）制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线，右图为某次模拟实验研究过程中容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。回答下列问题：

① 0~6 min内，反应的平均速率v（Cl₂）＝               ；
② 若保持温度不变，在第7 min 向体系中加入这三种物质各2 mol，则平衡           移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）；
③ 若将初始投料浓度变为c（Cl₂）＝0．7 mol/L、c（CO）＝0．5 mol/L、c（COCl₂）＝             mol/L，保持反  应温度不变，则最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6 min时Cl₂的体积分数相同；
④ 随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是            ；（填“增大”、“减小”或“不变”）
⑤比较第8 min反应温度T（8）与第15 min反应温度T（15）的高低：T（8）______________T（15）（填“<”、“>”或“＝”）。

一定条件下，对于可逆反应N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为C₁、C₂、C₃（均不为零），到达平衡时，N₂、H₂、NH₃的浓度分别为0．1 mol·L^-1、0．3 mol·L^-1、0．08 mol·L^-1，则下列判断正确的是

A．C1：C2=1：3

B．平衡时，H2和NH3的生成速率之比为2：3

C．N2、H2的转化率之比为1：3

D．C1的取值范围为0．04 mol·L^-1＜C1＜0．14 mol·L^-1

氮、碳都是重要的非金属元素，含氮、碳元素的物质在工业生产中有重要的应用。
（1）请写出工业上由NH₃制取NO的化学方程式                   。
（2）一定条件下，铁可以和CO₂发生反应：Fe（s）+ CO₂（g） FeO（s）+ CO（g），已知该反应的平衡常数K与温度T的关系如图所示。
  
①该反应的逆反应是                 （填“吸热”或“放热”）反应。
②T℃、P pa压强下，在体积为VL的容器中进行反应，下列能说明反应达到平衡状态的是             。
A、混合气体的平均相对分子质量不再变化；
B、容器内压强不再变化；
C、v_正（CO₂）= v_逆（FeO）
③T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，反应过程中CO和CO₂物质的量与时间的关系如图乙所示。则CO₂的平衡转化率为   ，平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为                  。
（3）在恒温条件下，起始时容积均为5L的甲、乙两密闭容器中（甲为恒容容器、乙为恒压容器），均进行反应：N₂+3H₂2NH₃，有关数据及平衡状态特定见下表。

容器	起始投入	达平衡时
甲	2 mol N2	3 mol H2	0mol NH3	1.5mol NH3	同种物质的体积分数相同
乙	a mol N2	b mol H2	0mol NH3	1.2mol NH3

起始时乙容器中的压强是甲容器的               倍。
（4）一定条件下，2.24L（折算为标准状况）N₂O和CO的混合气体在点燃条件恰好完全反应，放出bkJ热量。生成的3种产物均为大气组成气体，并测得反应后气体的密度是反应前气体密度的倍。请写出该反应的热化学方程式                      。

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)  ∆H₁
CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)    ∆H₂
2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)          ∆H₃
则CO₂(g)＋CH₄(g)===2CO(g)＋2H₂(g)的∆H＝           。
（2）天然气中的少量H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式    。
（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：
CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。
①该反应的平衡常数表达式为                    。
②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol•L^—1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图l所示。则压强P₁      P₂ (填“大于”或“小于”)；压强为P₂时，在Y点：v(正)       v (逆)（填“大于"、“小于”或“等于"）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为l06，其核磁共振氢谱如图2所示，则X的结构简式为             。
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。

(12分)甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示：

（1）反应②是      (填“吸热”或“放热”)反应。
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)     K(B)(填“>”“<”或“=”)。
（3）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=       (用K₁、K₂表示)。500 ℃时测得反应③在某时刻时，H₂(g)、CO₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol·L^－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v_正    v_逆 (填“ > ”“=”或“<”)。
（4）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO) －t(反应时间)变化曲线Ⅰ如图乙所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是         ；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条是           。

降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用 CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在一定体积的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=﹣49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=                 mol/（L•min）；
（2）氢气的转化率=                  ；
（3）下列措施中能使平衡体系中减少的是                  ．
A．将H₂O（g）从体系中分离出去
B．充入He（g），使体系压强增大
C．升高温度
D．再充入1molH₂
（4）下列不能表示反应达到平衡状态的是
A．体系压强不再改变
B．混合气体的密度不再改变
C．容器内的温度不再改变
D．混合气体的平均分子质量不再改变
E．V（CO₂）：V（H₂O）=1：1
F．混合气体的总物质的量不再改变

一定温度时，向2.0L恒容密闭容器中充入2molSO₂和1molO₂，发生反应：
2SO₂（g）+O₂（g）⇌2SO₃（g）．经过一段时间后达到平衡．反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s	0	t1	t2	t3	t4
n（SO3）/mol	0	0.8	1.4	1.8	1.8

下列说法正确的是（ ）
A．反应在前t₁ s 的平均速率v（O₂）=0.4/t₁mol•L^-1•s^-1
B．保持其他条件不变，体积压缩到1.0L，平衡常数将增大
C．保持温度不变，向该容器中再充入0.3 molSO₂、0.1molO₂和0.2molSO₃，则此时V_正>V_逆
D．相同温度下，起始时向容器中充入4mol SO₃，达到平衡时，SO₃的转化率大于10%

锰的化合物是优良的催化剂，可用于干电池原料生产等。
（1）锌锰干电池的反应为2MnO₂ +Zn+2NH₄Cl ="2" MnO(OH) +Zn(NH₃)₂Cl₂，MnO(OH)中锰元素的化合价为____。
（2）向废电池还原后的废液（含有Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等）中逐滴滴加Na₂S溶液，最先生成的沉淀为   （填化学式）。[已知K_sp(MnS)=1.4×10-^{1 5}，K_sp(ZnS)=2.9×10 ^-25，K_sp(FeS)=6．0×10^-18]
（3） Mn²⁺催化H₂O₂分解：2H₂O₂(l)=2H₂O(l)+O₂(g)  △H₁，其反应机理如下：

①已知反应Ⅱ为MnO₂(s)+H₂O₂（1） +2H⁺( aq)=Mn²⁺(aq) +O₂(g)+2H₂O（1）  △H₂。写出反应I的热化学方程式（焓变用△H₁和△H₂表示）：               。
②某温度时，向10 mL0.4 mol．L^-1 H₂O₂液中滴入1滴MnSO₄发生分解：2H₂O₂ =2H₂O+O₂，测得不同时刻生成O₂的体积(已折算为标准状况下的体积)如下表：

0～2 min时反应速率比2～4 min时的快，其原因是_________；
0～6 min的平均反应速率v(H₂O₂)=                  （忽略溶液体积的变化）。
（4）锰基催化剂是合成甲醇、二甲醚的催化剂。已知：

①反应I的正反应是            （填“放热”或“吸热”）反应。
②反应Ⅱ的平衡常数表达式为                        。

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_______________。

Ⅰ、工业上设计用CO₂来生产燃料甲醇，既减少二氧化碳气体，又得到宝贵的能源物质。为了探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，某温度下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H=-49.0KJ/mol．测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示

（1）该反应该温度下，化学平衡常数的值为_______________________
（2）下列说法中能作为反应达到平衡状态标志的是___________________(填字母)。
A．容器内压强不再发生变化    
B．平均相对分子质量不再变化
C．c(CO₂)和c(H₂)之比等于1:3
D．相同时间内每断裂3molH-H键，同时断裂3molO-H键
（3）下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)减小的是__________________
A．再充入1molCO₂和3molH₂          B．将H₂O(g)从体系中分离 
C．充入He(g)，使体系压强增大      D．升高温度     
Ⅱ、钢铁工业是国家工业的支柱，每年钢铁生锈让国家损失大量资金，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下：

①A电极对应的金属是_________(写元素名称)，B电极的电极反应式是__________；
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为__________；
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。

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)