2020年真题+高考模拟题专项版解析化学——14 化学反应原理综合（教师版）

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专题 14 化学反应原理综合

1．（2020 年新课标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)。

2020 年高考真题

(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。t<tm时，v逐渐提高；t>tm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 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 反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温

度、压强

（3）

（4）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】【分析】根据盖斯定律，用已知的热化学方程式通过一定的数学运算，可以求出

目标反应的反应热；根据压强对化学平衡的影响，分析图中数据找到所需要的数据；根据

恒压条件下总压不变，求出各组分的分压，进一步可以求出平衡常数；根据题中所给的速

率公式，分析温度对速率常数及二氧化硫的转化率的影响，进一步分析对速率的影响。

【详解】(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，③-②2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=

。

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