Question

8．甲醇是重要的化工原料，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
回答下列问题：
（1）△H₃=+41kJ．mol^-1
（2）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1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为a（填曲线标记字母），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．
（3）合成气的组成n（H₂）/n（CO+CO₂）=2.60时体系中的CO平衡转化率（a）与温度和压强的关系如图2所示．a（CO）值随温度升高而减小（填“增大”或“减小”），其原因是升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，反应③为吸热反应，平衡向右移动，使得体系中CO的量增大，CO的转化率降低．图2中的压强由大到小为P₃＞P₂＞P₁，其判断理由是相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律：反应②-反应①=反应③，反应热也进行相应的计算；
（2）化学平衡常数指可逆反应得到平衡时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
化学平衡常数只受温度影响，根据温度对平衡移动的影响，进而判断温度对平衡常数影响；
（3）由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率降低，根据升高温度对反应①、③的影响，进行分析CO转化率变化原因；
相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子式减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大．

解答 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁₌-99kJ．mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂₌-58kJ．mol^-1
根据盖斯定律：反应②-反应①=反应③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案为：+41；
（2）反应①CO（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正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，曲线a正确反映平衡常数K随温度变化关系，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a；反应①正反应为放热反应，平衡常数随温度升高而减小；
（3）由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，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；
相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高，故压强：P₁＞P₂＞P₃，
故答案为：减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，反应③为吸热反应，平衡向右移动，使得体系中CO的量增大，CO的转化率降低；
P₃＞P₂＞P₁；相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高．

点评 本题考查反应热有关计算、平衡常数及其影响因素、化学平衡的影响因素、化学平衡图象综合应用等，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．