《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

3. 甲醇既是重要的化工原料，又可作燃料。利用合成气（主要成分为$CO$、${CO_{2}}$和${H_{2}}$）在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：
①${CO(g) + 2H_{2}(g)⇌ CH_{3}OH(g)}$ $\Delta H_{1}=-99\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$；
②${CO_{2}(g) + 3H_{2}(g)⇌ CH_{3}OH(g) + H_{2}O(g)}$ $\Delta H_{2}=-58\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$；
③${CO_{2}(g) + H_{2}(g)⇌ CO(g) + H_{2}O(g)}$ $\Delta H_{3}=+41\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$。
回答下列问题：
(1) 反应①的化学平衡常数$K$的表达式为$K=\frac{c_平(\mathrm{CH_3OH})}{c_平(\mathrm{CO})· c_平^2(\mathrm{H_2})}$；图1中能正确反映反应①的化学平衡常数$K$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而减小。

(2) 合成气组成$\frac{n{(H_{2})}}{n{(CO + CO_{2})}}=2.60$时，体系中的$CO$平衡转化率（$\alpha$）与温度和压强的关系如图2所示。$\alpha(CO)$值随温度升高而减小（填“增大”或“减小”），其原因是反应①为放热反应,升高温度时,平衡向左移动,使得体系中$\mathrm{CO}$的量增大;反应③为吸热反应,升高温度时,平衡向右移动,又使产生$\mathrm{CO}$的量增大;即随温度升高,$\mathrm{CO}$的转化率减小；
图2中的压强由大到小为$p_3＞p_2＞p_1$，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$\mathrm{CO}$的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生$\mathrm{CO}$的量不受压强的影响。故增大压强,$\mathrm{CO}$的转化率升高。

答案： 3.答案：
(1)$K=\frac{c_平(\mathrm{CH_3OH})}{c_平(\mathrm{CO})· c_平^2(\mathrm{H_2})}$ a 反应①为放热反应,平衡常数应随温度升高而减小
(2)减小 反应①为放热反应,升高温度时,平衡向左移动,使得体系中$\mathrm{CO}$的量增大;反应③为吸热反应,升高温度时,平衡向右移动,又使产生$\mathrm{CO}$的量增大;即随温度升高,$\mathrm{CO}$的转化率减小$p_3＞p_2＞p_1$ 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$\mathrm{CO}$的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生$\mathrm{CO}$的量不受压强的影响。故增大压强,$\mathrm{CO}$的转化率升高
解析：
(1)反应①的化学平衡常数K的表达式为$K=\frac{c_平(\mathrm{CH_3OH})}{c_平(\mathrm{CO})· c_平^2(\mathrm{H_2})}$;根据题给热化学方程式,反应①正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,因此反应①的平衡常数K随温度变化关系的曲线为a。
(2)由图2可知,压强一定时,$\mathrm{CO}$的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,使得体系中$\mathrm{CO}$的量增大;反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生$\mathrm{CO}$的量增大,即随温度升高,$\mathrm{CO}$的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,$\mathrm{CO}$的平衡转化率增大,而反应③为反应前后气体总分子数不变的反应,产生$\mathrm{CO}$的量不受压强的影响,因此增大压强时,$\mathrm{CO}$的转化率提高,故压强$p_1$、$p_2$、$p_3$的关系为$p_3＞p_2＞p_1$。