Question

3．甲醇既是重要的化工原料，又可稱為燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)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
回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．圖中能正確反映該反應(yīng)平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為a（填“a”或“b”），其判斷理由是反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)應(yīng)隨溫度升高變小．
（2）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時(shí)，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（a）隨溫度升高而減小，分析其主要原因有：反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；還有反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，產(chǎn)生CO的量增大．
（3）若在一定條件下，容積恒定為VL的反應(yīng)室中充入amolCO與2amolH₂，在催化劑作用下僅發(fā)生反應(yīng)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．升高溫度               B．充入Ar（g）使體系的總壓增大
C．恒溫恒容再充入H₂        D．恒溫恒容再充入a mol CO和2a mol H₂．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（2）根據(jù)升高溫度對(duì)反應(yīng)③的影響，進(jìn)行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因；
（3）A．升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
B．充入Ar（g）使體系的總壓增大，恒容條件下各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動(dòng)；
C．恒溫恒容再充入H₂，平衡正向移動(dòng)；
D．恒溫恒容再充入a mol CO和2a mol H₂，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)．

解答 解：（1）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為a，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)應(yīng)隨溫度升高變�。�
（2）反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，產(chǎn)生CO的量增大；
（3）A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入Ar（g）使體系的總壓增大，恒容條件下各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動(dòng)，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不變，故B錯(cuò)誤；
C．恒溫恒容再充入H₂，平衡正向移動(dòng)，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故C正確；
D．恒溫恒容再充入a mol CO和2a mol H₂，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故D正確，
故選：CD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．