『备考2021』 三年高考真题分类精编解析12 以速率、平衡为中心的原理综合题（含解析）

中小学教育资源及组卷应用平台 专题12 以速率、平衡为中心的原理综合题 1. [2020·新课标Ⅰ]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=?98 kJ·mol?1。回答下列问题： (1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：_____。 (2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=_____，判断的依据是_____。影响α的因素有_____。 (3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为_____，平衡常数Kp=_____(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。 (4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(?1)0.8(1?nα')。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图所示。 曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_____。 【答案】 (1). 2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ?H= -351 kJ?mol-1 (2). 0.975 (3). 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa＞2.5MPa＝p２的，所以p1=5.0MPa (4). 反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温度、压强 (5). (6). (7). 升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低 【解析】 (1)由题中信息可知： ①SO2(g)+O2(g)?SO3(g) ?H= -98kJ?mol-1 ②V2O4(s)+ SO3(g)?V2O5(s)+ SO2(g) ?H2= -24kJ?mol-1 ③V2O4(s)+ 2SO3(g)?2VOSO4(s) ?H1= -399kJ?mol-1 根据盖斯定律可知，③-②2得2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s)，则?H= ?H1-2?H2=( -399kJ?mol-1)-( -24kJ?mol-1)2= -351kJ?mol-1，所以该反应的热化学方程式为：2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ?H= -351 kJ?mol-1； (2) SO2(g)+O2(g)?SO3(g)，该反应是一个气体分子数减少的放热反应，故增大压强可以使化学平衡向正反应方向移动。因此，在相同温度下，压强越大，SO2的平衡转化率越大，所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa条件下，SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为2.5MPa的，因此，p1=5.0MPa，由图中数据可知，α=0.975。影响α的因素就是影响化学平衡移动的因素，主要有反应物（N2和O2）的浓度、温度、压强等。 (3)假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，2m+m+q=3m+q=100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系： 平衡时气体的总物质的量为n(总)= 2m(1-α)+m(1-α)+2mαmol+q mol，则SO3的物质的量分数为。该反应在恒压容器中进行，因此，SO3的分压p(SO3)=，p(SO2)=，p(O2)=，在该条件下，SO2(g)+ O2(g)?2SO3(g) 的Kp=。 (4) 由于该反应是放热反应，温度升高后α降低。由题中信息可知，v=，升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低。 2. [2020·新课标Ⅱ]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示： 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热ΔH/( kJ·mol?1) -1560 -1411 -286 ①ΔH=_____kJ ... ...