Question

3．甲醇既是重要的化工原料，又可称为燃料．利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-99kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应①的化学平衡常数K的表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．图中能正确反映该反应平衡常数K随温度变化关系的曲线为a（填“a”或“b”），其判断理由是反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小．
（2）合成气的组成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60时，体系中的CO平衡转化率（a）随温度升高而减小，分析其主要原因有：反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；还有反应③为吸热反应，平衡向右移动，产生CO的量增大．
（3）若在一定条件下，容积恒定为VL的反应室中充入amolCO与2amolH₂，在催化剂作用下仅发生反应①，下列措施一定使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大的是CD（填字母）．
A．升高温度               B．充入Ar（g）使体系的总压增大
C．恒温恒容再充入H₂        D．恒温恒容再充入a mol CO和2a mol H₂．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
反应①为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
（2）根据升高温度对反应③的影响，进行分析CO转化率变化原因；
（3）A．升高温度平衡逆向移动；
B．充入Ar（g）使体系的总压增大，恒容条件下各物质浓度不变，平衡不移动；
C．恒温恒容再充入H₂，平衡正向移动；
D．恒温恒容再充入a mol CO和2a mol H₂，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动．

解答 解：（1）反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
反应①为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，平衡常数K随温度变化关系的曲线为a，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a，反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；
（2）反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小，
故答案为：反应③为吸热反应，平衡向右移动，产生CO的量增大；
（3）A．正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$减小，故A错误；
B．充入Ar（g）使体系的总压增大，恒容条件下各物质浓度不变，平衡不移动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不变，故B错误；
C．恒温恒容再充入H₂，平衡正向移动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故C正确；
D．恒温恒容再充入a mol CO和2a mol H₂，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故D正确，
故选：CD．

点评 本题考查化学平衡图象、化学平衡移动、平衡常数等，侧重考查学生分析能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．