Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，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，發生的主反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1〈0

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3〉0

回答下列問題：

（1）反應①的化學平衡常數K的表達式為 ；圖1中能正確反映平衡常數K隨溫度變化關系的曲線為 （填曲線標記字母），其判斷理由是 。

（2）合成氣的組成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60時體系中的CO平衡轉化率（a）與溫度和壓強的關系如圖2所示。a（CO）值隨溫度升高而 （填“增大”或“減小”），其原因是 。圖2中的壓強由大到小為_____，其判斷理由是_____。

（3）Bodensteins研究了下列反應：2HI（g）H2（g）+I2（g）

在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質的量分數x(HI)與反應時間t的關系如下表：

t/min	0	20	40	60	80	120
x(HI)	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0. 784
x(HI)	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

上述反應中，正反應速率為v正= k正·x2(HI)，逆反應速率為v逆=k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆為速率常數, 其中k正、k逆為速率常數，則k逆為________(以K和k正表示)。若k正 = 0.0027min-1，在t=40min時，v正=__________。

Answer 1

【答案】（1）；a；反應①為放熱反應，平衡常數應隨溫度升高變小；（2）減小；

升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低；P3＞P2＞P1；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高

（3）k逆=K·k正；1.95×10-3

【解析】

試題分析：（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則根據反應的化學方程式為可知該反應的平衡常數表達式

；由于反應①為放熱反應，平衡常數應隨溫度升高變小，所以圖1中能正確反映平衡常數K隨溫度變化關系的曲線為a；

（2）反應①為放熱反應，升高溫度時，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；因此最終結果是隨溫度升高，使CO的轉化率降低；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高，所以圖2中的壓強由大到小為P3＞P2＞P1。

（3）平衡時v正＝v逆，所以k正x2(HI) ＝k逆x(H2)x(I2)，結合平衡常數表達式可知k逆＝K·k正；v正＝k正x2(HI)＝0.0027min-1×（0.85）2＝1.95×10-3。