Question

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〈0

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH（g）+H₂O(g)    △H₂

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)         △H₃〉0

回答下列问题：

（1）反应①的化学平衡常数K的表达式为     ；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为      （填曲线标记字母），其判断理由是                  。

（2）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      （填“增大”或“减小”），其原因是        。图2中的压强由大到小为_____，其判断理由是_____。

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

在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：

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

上述反应中，正反应速率为v_正= k_正·x²(HI)，逆反应速率为v_逆=k_逆·x(H₂)·x(I₂)，其中k_正、k_逆为速率常数, 其中k_正、k_逆为速率常数，则k_逆为________(以K和k_正表示)。若k_正 = 0.0027min^-1，在t=40min时，v_正=__________。

Answer

（1）；a；反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；（2）减小；

升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使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

（3）k逆=K·k正；1.95×10-3

【解析】

试题分析：（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则根据反应的化学方程式为可知该反应的平衡常数表达式

；由于反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小，所以图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为a；

（2）反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；因此最终结果是随温度升高，使CO的转化率降低；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，所以图2中的压强由大到小为P3＞P2＞P1。

（3）平衡时v正＝v逆，所以k正x2(HI) ＝k逆x(H2)x(I2)，结合平衡常数表达式可知k逆＝K·k正；v正＝k正x2(HI)＝0.0027min-1×（0.85）2＝1.95×10-3。

【考点定位】本题主要是考查反应速率计算、平衡常数以及外界条件对平衡状态的影响等

【名师点晴】该题考查的知识点较多，综合性强，难度较大。难点和易错点是（3），解答时注意质量作用定律那部分，关键是要记得平衡标志之一——v正＝ v逆，找到k正、k逆和K的联系即可突破。有关平衡的图像问题分析，需要明确以下几点：（1）紧扣特征，弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热，体积增大、减小还是不变，有无固体、纯液体物质参与反应等。（2）先拐先平，在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。（3）定一议二，当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。（4）三步分析法，一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。