专题20 化学反应的方向与调控【七大题型】-【举一反三】2025年高考化学全程复习讲与练（新高考通用）

专题20 化学反应的方向与调控【七大题型】 【新高考通用】 【知识点1 自发过程与自发反应】 2 【知识点2 化学反应方向的判断】 3 【知识点3 工业合成氨的条件选择】 4 【知识点4 控制反应条件的目的及措施】 6 【题型1 焓变与熵变】 7 【题型2 自发过程与自发反应】 8 【题型3 化学反应方向的判定】 10 【题型4 工业合成氨的条件】 12 【题型5 工业合成氨选择适宜生产条件的原则】 14 【题型6 工业合成氨工艺流程】 15 【题型7 工业生产条件的选择】 17 【过关测试】 20 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解自发过程和化学反应的自发性。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。 3认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2024湖北卷12题，3分 2023湖北卷3题，3分 2023辽宁卷3题，3分 2022湖北卷8题，3分 2022浙江卷20题，2分 2021浙江卷29题，10分 2021海南卷16题，10分 本专题试题以选择题为主，主要考查判断化学反应进行的方向、化工生产中条件的选择。预测2025年以工业生产为情境，通过图像或表格，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。 【思维导图】 【知识点1 自发过程与自发反应】 1．自发过程 （1）概念：在一定条件下， 就能自动进行的过程。 （2）特点： ①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部 或 热量)。 ②在密闭条件下，体系有从 转变为 的倾向性(无序体系更加 )。 2．自发反应 （1）概念：在一定条件下 就能自发进行的反应称为自发反应。 （2）特点： ①自发反应具有 ，即反应的某个方向在一定条件下 进行，而该反应的逆方向在该条件下肯 定 进行。 ②能够自发进行的反应在常温下 能够发生，自发性只能用于判断反应的 ，不能确定反 应 一定会发生和发生的速率。 【知识点2 化学反应方向的判断】 1．熵与熵变 （1）熵的含义：熵是衡量一个体系 的物理量，即表示体系的 或 的物理量。 越大，体系越 ，体系的熵就越 。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g) S(l) S(s)。 （2）熵变的含义：熵变是反应前后体系 ，用 表示，化学反应的 越大，越有利于反应 进行。 2．化学反应的方向与熵变的关系 化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 （1）许多 的反应在常温、常压下可以自发进行。产生 的反应，气体物质的 的反应，熵变通常都是正值，为 反应。 例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)； （2）有些熵增的反应在常温、常压下 自发进行，但在 温度下可以自发进行。 例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)； （3）铝热反应是 的反应，它在一定条件下也可以 进行。 例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)； 结论：研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的 ， 自发反应有趋向于体系 的倾向。 注意：①少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立体系或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。 3．用焓变和熵变判断反应的方向 体系的自由能变化(符号为 ，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ 。 （1）当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应 进行。 （2）当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应 进行。 （3）当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与 有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达平衡状态。 （4）ΔH<0、ΔS<0时，则ΔH-TΔS在较低温度时可能 零，所以 有利于反应自发进行。图解如下: 【易错提醒】①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学反应速率的问题。 ②判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)都是能够自发进行的。 【知识点3 工业合成氨的条件选择】 1.合成氨反应的特点 （1）反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 （2）特点： ① 反应 ② 反应：ΔH<0 ③ 的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0， 进行。 2.合成氨反应特点的分析 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 3.工业合成氨的适宜条件 （1）工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 （2）压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大。 （3）温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是： ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 4.合成氨的生产流程 （1）生产流程 （2）流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。 【知识点4 控制反应条件的目的及措施】 1．控制反应条件的目的 （1）促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以 化学反应速率， 反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。 （2）抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以 化学反应速率， 有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件考虑因素 在实际生产中常常需要结合 、 、 等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据 及 等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3．控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的 、溶液的 、气体的 (或 )、固体的 以及使 用 等途径调控反应速率。 （2）提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的 、溶液的 、气体的 (或 )等改变可逆反应的限度，从而 转化率。 4.工业上选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 反应物的浓度 反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地 反应物、及时 地 出生成物 催化剂 加合适的 不需要 加合适的 温度 ΔH＜0 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的 ΔH＞0 在设备条件允许的前提下，尽量采取 并考虑催化剂的 压强 (有气体参加) Δνg＜0 在设备条件允许的前提下，尽量采取 Δνg＞0 兼顾速率和平衡，选取 【题型1 焓变与熵变】 【例1】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是(　　) A．1 mol CH4(g)<1 mol H2(g) B．1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g) C．1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l) D．1 mol C(s，金刚石)>1 mol C(s，石墨) 【变式1-1】AB型强电解质在水中的溶解（可视作特殊的化学反应）表示为AB（s）An＋（aq）＋Bn－（aq），其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是（　） A.ΔH和ΔS均大于零 B.ΔH和ΔS均小于零 C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 【变式1-2】下列说法正确的是 A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．非自发反应在任何情况下都不会发生反应 C．常温下，反应不能自发进行，则该反应的 D．标准状况下，熵值：1mol ＜1mol CO 【变式1-3】下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是(　) A．1 mol H2O在不同状态时的熵值： S[H2O(l)]＜S[H2O(g)] B．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0能否自发进行与温度有关 C．H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同 D．常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH＜0 【题型2 自发过程与自发反应】 【例2】下列叙述正确的是 A．焓减反应一定能自发进行 B．熵增反应一定能自发进行 C．利用可以消除污染 D．吸热反应在较高温度下能自发进行 【变式2-1】已知吸热反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是(　　) A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．任何温度下都能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 【变式2-2】下列说法正确的是 A．能自发进行的反应一定能迅速发生 B．NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H<0 C．NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H>0，该反应在高温下能自发进行 D．加入合适的催化剂能改变反应的焓变，使非自发反应转化为自发反应 【变式2-3】下列有关化学反应方向的判断正确的是 A．放热反应一定能自发进行 B．凡是需要加热的反应都不能自发进行 C．物质的量增加的反应，△S为正值，一定能自发进行 D．在常温下能自发进行，则该反应的△H＜0 【题型3 化学反应方向的判定】 【例3】可逆反应A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）进行过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是（　） A.该反应的ΔH＞0，ΔS＜0 B.升高温度，平衡常数增大 C.由ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应在任何温度下都能自发进行 D.升高温度，平衡向正反应方向移动 【变式3-1】下列有关说法不正确的是（　） A.Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B.某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C.通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 D.反应NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 【变式3-2】在298 K和100 kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为： 物质 S/(J·K－1·mol－1) ΔH/(kJ·mol－1) ρ/(kg·m－3) C(金刚石) 2.4 －395.40 3513 C(石墨) 5.7 －393.51 2260 此条件下，对于反应C(石墨)―→C(金刚石)，下列说法正确的是(　　) A.该反应的ΔH＜0，ΔS＜0 B.由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝985.29 kJ·mol－1 C.金刚石比石墨稳定 D.超高压条件下，石墨有可能变为金刚石 【变式3-3】已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是（ ） A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g) C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g) 【题型4 工业合成氨的条件】 【例4】下列关于合成氨工业说法不正确的是 A.根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B.合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D.将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【变式4-1】合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　) A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 【变式4-2】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A.原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成的氨不纯 B.实际生产中，将氨气液化分离后的原料气循环使用，可提高经济效益 C.合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无须考虑设备、条件 【变式4-3】工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题： (1)该反应通常用活性铁做催化剂，加活性铁会使图中B点________(填“升高”或“降低”)，理由是_______________________________________________________________________。 (2)450 ℃时该反应的平衡常数________(填“<”“>”或“＝”)500 ℃时的平衡常数。 (3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母)。 a.高温高压 B.加入催化剂 c.增加N2的浓度 D.增加H2的浓度 e.分离出NH3 【题型5 工业合成氨选择适宜生产条件的原则】 【例5】可逆反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　) A.升高温度，减小压强，增加氮气 B.降低温度，增大压强，加入催化剂 C.升高温度，增大压强，增加氮气 D.降低温度，增大压强，分离出部分氨 【变式5-1】工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，该反应应采取的适宜条件是(　　) A.低温、高压、催化剂 B.适宜的温度、高压、催化剂 C.低温、常压、催化剂 D.适宜的温度和压强、催化剂 【变式5-2】某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(　　) A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率 C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 【题型6 工业合成氨工艺流程】 【例6】合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下： 关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　) A.混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想 B.合成氨反应须在低温下进行 C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率 D.使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动 【变式6-1】下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A.①②③ B.①③⑤ C.②④⑤ D.②③④ 【变式6-2】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A.为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B.压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求的问题 C.合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D.冷却过程，及时将NH3从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 【变式6-3】下图为工业合成氨流程图，该反应速率方程为，原料气(及少量的混合气体)在进入合成塔前可经过铜氨液净化处理，其反应为：，有关说法错误的是 A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提高合成氨原料的转化率，又可以加快反应速率 C.为保证足够高的反应速率，反应达到一定转化率时需及时将氨从体系中分离 D.“净化”时适当升高温度，可增大反应速率和CO的平衡转化率 【题型7 工业生产条件的选择】 【例7】在一定条件下探究二甲醚的制备反应为2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是(　　) A.该反应的ΔH＜0 B.该反应伴随着副反应的发生 C.工业上选择的较适宜温度为280～290 ℃ D.加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率 【变式7-1】工业上利用NH3和CO2制取尿素[CO(NH2)2]，有关反应的热化学方程式如下： 反应Ⅰ：2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH＝a kJ·mol－1 反应Ⅱ：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋CO(NH2)2(l)　ΔH＝b kJ·mol－1 下列有关说法正确的是(　　) A.反应2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋CO(NH2)2(l)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1 B.反应Ⅰ在一定温度下能自发进行，则a>0 C.生产过程中及时将水分离出去，可以加快反应Ⅱ的正反应速率 D.同压下，等质量的液态水和水蒸气，水蒸气的能量高 【变式7-2】据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) 下列叙述错误的是(　　) A.使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率 B.升高温度，该反应平衡常数K一定增大 C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率 【变式7-3】苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得： ＋H2(g)　ΔH＝＋123.5 kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为 (1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。 (2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________________________。 (3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数Kp＝________。(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数) (4)控制反应温度为600 ℃的理由是_____________________________________________。 【基础题】 1.（2024·河北衡水·模拟）下列说法正确的是 A．焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．ΔH<0、ΔS<0的反应在低温时能自发进行 D．两种物质反应，无论方程式的书写形式如何，ΔH均不变 2.（2024·广东广州·模拟）合成氨工业中采用循环操作(如图)，主要是为了 A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．提高平衡混合物中氨的含量 D．增大化学反应速率 3.（2024·上海徐汇·模拟预测）有关工业合成氨的说法错误的是 A．不断移去液氨，有利于反应正向进行 B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大 C．增大压强，氨的分解速率增加 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 4.（2024·江苏扬州·期中）工业生产过程中发生反应。下列说法正确的是 A．反应的平衡常数 B．该反应、 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率 D．上述反应中每消耗，转移电子的数目约为 5.（2024·山东·模拟）有关合成氨工业的说法正确的是 A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在700 K，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁的活性最大 6.（2024·江苏扬州·模拟预测）工业生产过程中发生反应。下列说法正确的是 A．反应的平衡常数 B．该反应、 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率 D．上述反应中每消耗1mol ，转移电子的数目约为 7.（2024·江苏盐城·三模）焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为 反应I：     反应II：      反应III：               反应IV：        在1×105Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。    相对体积、 相对体积 下列说法不正确的是 A．温度低于900℃，反应I基本不发生 B．850℃～900℃时，主要发生反应Ⅳ C．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积 D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂 8.（2024·广东·模拟）氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．可以利用易液化的性质分离出 B．X为，其作用是将氮氧化物充分氧化为 C．可以用进行氮氧化物的尾气处理 D．合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化 9.（2024·广东梅州·期中）硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应的说法中不正确的是 A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率 D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高 10.（2024·江苏徐州·模拟）以铁触媒为催化剂。在400~500℃和10~30MPa的条件下进行合成氨反应： kJ⋅mol-1。下列说法正确的是 A．400~500℃温度范围内，铁触媒活性较高 B．该反应在任意条件下均能自发进行 C． kJ·mol-1(E表示键能) D．其他条件一定，增大压强能增大反应的平衡常数 【提升题】 11.（2024·陕西西安模拟）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．为提高反应物的转化率应及时将氨从混合气中分离出去 12.（2024·江苏镇江·一模）恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1：3合成CH3OH，其中涉及的主要反应： Ⅰ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49kJ·moI-1 Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=41kJ·moI-1 在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内的选择性和产率随温度的变化如图 已知：CH3OH的选择性= 下列说法正确的是 A．保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率 B．合成甲醇的适宜工业条件是约230°C，催化剂选择CZ(Zr-1)T C．使用CZ(Zr-l)T，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低 D．使用CZT，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动 13.（2024·海南·模拟预测）工业合成甲醇的反应为。反应相同时间，实验测得甲醇的产率与压强，温度的关系分别如图1，图2所示。下列叙述正确的是 A．合成甲醇时压强越大越好 B．增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小 C．合成甲醇的最佳温度为520K D．520K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小 14.（2024·天津·模拟）某温度下发生反应：3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)  ΔH=-92.4kJ/mol，N2的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是 A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数KA<KB C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率 15.（2024·江苏苏州·三模）合成氨反应为。下列说法正确的是 A．该反应 B． C．反应中每消耗转移电子 D．实际生产中以低温、高压、高活性催化剂的条件来提高氨气产率 16.（2024·黑龙江牡丹江·一模）工业以硫黄或黄铁矿(主要成分FeS2，烧渣主要成分为Fe2O3)为主要原料生产硫酸主要流程如下： 下列说法正确的是 A．高温焙烧1 mol FeS2时转移的电子数为15 NA(NA代表阿伏加德罗数值) B．SO2与H2S反应生成淡黄色沉淀，体现了SO2的还原性 C．反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)具有自发性的原因是ΔH＜0 D．98%浓硫酸粘度较高，与其范德华力较大有关 17.（2024·安徽·模拟预测）催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为，下图为，温度在250℃下的甲醇的物质的量分数与压强p的关系及压强在下的甲醇的物质的量分数与温度t的关系，下列有关说法正确的是 A．由图可知，随压强增大，平衡常数K增大 B．曲线a为250℃时等温过程曲线 C．该反应在任何温度下都能自发进行 D．当时，的平衡转化率为53.3％ 18.（2024·广东·一模）甲烷催化氧化为合成气、的主要反应有： Ⅰ． Ⅱ． 将与投入密闭容器中反应，不同温度下，相同时间内转化率、选择性与的选择性[]随温度的变化如图所示，下列说法正确的是 A．时，副反应Ⅱ进行程度很小 B．在时，容器中生成的的物质的量为 C．反应Ⅰ在低温下自发 D．该过程中，低温有利于合成气的生成 19.（2024·湖南·模拟）在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量不同，温度相同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 20.（2024·辽宁·模拟预测）向体积均为的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入和，发生反应：。分别在绝热、恒温条件下进行，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 A．正反应在较低温度下能自发进行 B．乙在恒温条件下进行， C．a点的正反应速率大于c点的正反应速率 D．甲条件下平衡常数K小于20.25 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题20 化学反应的方向与调控【七大题型】 【新高考通用】 【知识点1 自发过程与自发反应】 2 【知识点2 化学反应方向的判断】 3 【知识点3 工业合成氨的条件选择】 4 【知识点4 控制反应条件的目的及措施】 6 【题型1 焓变与熵变】 7 【题型2 自发过程与自发反应】 8 【题型3 化学反应方向的判定】 10 【题型4 工业合成氨的条件】 12 【题型5 工业合成氨选择适宜生产条件的原则】 14 【题型6 工业合成氨工艺流程】 15 【题型7 工业生产条件的选择】 17 【过关测试】 20 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解自发过程和化学反应的自发性。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。 3认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2024湖北卷12题，3分 2023湖北卷3题，3分 2023辽宁卷3题，3分 2022湖北卷8题，3分 2022浙江卷20题，2分 2021浙江卷29题，10分 2021海南卷16题，10分 本专题试题以选择题为主，主要考查判断化学反应进行的方向、化工生产中条件的选择。预测2025年以工业生产为情境，通过图像或表格，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。 【思维导图】 【知识点1 自发过程与自发反应】 1．自发过程 （1）概念：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 （2）特点： ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 （1）概念：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 （2）特点： ①自发反应具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。 ②能够自发进行的反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和发生的速率。 【知识点2 化学反应方向的判断】 1．熵与熵变 （1）熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵就越大。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。 （2）熵变的含义：熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 2．化学反应的方向与熵变的关系 化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 （1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增反应。 例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)； （2）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。 例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)； （3）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以自发进行。 例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)； 结论：研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度，大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。 注意：①少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立体系或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。 3．用焓变和熵变判断反应的方向 体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。 （1）当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应自发进行。 （2）当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。 （3）当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达平衡状态。 （4）ΔH<0、ΔS<0时，则ΔH-TΔS在较低温度时可能小于零，所以低温有利于反应自发进行。图解如下: 【易错提醒】①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学反应速率的问题。 ②判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)都是能够自发进行的。 【知识点3 工业合成氨的条件选择】 1.合成氨反应的特点 （1）反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 （2）特点： ①可逆反应 ②放热反应：ΔH<0 ③熵减的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2.合成氨反应特点的分析 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大 降低 增大 无影响 3.工业合成氨的适宜条件 （1）工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂（500℃左右时的活性最大） 浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 （2）压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大。 （3）温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是： ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 4.合成氨的生产流程 （1）生产流程 （2）流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。 【知识点4 控制反应条件的目的及措施】 1．控制反应条件的目的 （1）促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。 （2）抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件考虑因素 在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3．控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 （2）提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 4.工业上选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH＜0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH＞0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压(有气体参加) Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 【题型1 焓变与熵变】 【例1】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是(　　) A．1 mol CH4(g)<1 mol H2(g) B．1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g) C．1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l) D．1 mol C(s，金刚石)>1 mol C(s，石墨) 【答案】B 【解析】CH4(g)和H2(g)物质的量相同，且均为气态，CH4(g)含有的原子总数多，CH4(g)的摩尔质量大，所以熵值：1 mol CH4(g)>1 mol H2(g)，A错误；相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值：1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)，B正确；等量的同物质，熵值关系为S(g)>S(l)>S(s)，所以熵值：1 mol H2O(s)<1 mol H2O(l)，C错误；从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值：1 mol C(s，金刚石)<1 mol C(s，石墨)，D错误。 【变式1-1】AB型强电解质在水中的溶解（可视作特殊的化学反应）表示为AB（s）An＋（aq）＋Bn－（aq），其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是（　　） A.ΔH和ΔS均大于零 B.ΔH和ΔS均小于零 C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 【答案】D 【解析】强电解质NaOH溶于水放热，ΔH＜0，强电解质NH4Cl溶于水吸热，ΔH＞0，A、B项错误；AB型强电解质固体溶于水转化为离子，混乱度增加，但离子在水中存在水合过程，使水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变取决于固体转化为离子的熵增和水合过程的熵减两个作用的相对大小，若前者占主导，则溶解过程熵增，反之熵减，C项错误，D项正确。 【变式1-2】下列说法正确的是 A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．非自发反应在任何情况下都不会发生反应 C．常温下，反应不能自发进行，则该反应的 D．标准状况下，熵值：1mol ＜1mol CO 【答案】C 【解析】判断化学反应进行的方向从焓变和熵变两个维度去判断，当，反应可自发进行；即当ΔH＜0，ΔS＞0时，一定能够自发进行；当ΔH＜0，ΔS＜0时低温下能够自发进行，当ΔH＞0，ΔS＞0时，高温下能够自发进行，当ΔH＞0，ΔS＜0时，一定不能自发进行。由分析可知，放热反应不一定都是自发的，吸热反应也不都是非自发的，A项错误；由分析可知，非自发反应在外界条件改变时可能会自发进行反应，B项错误；常温下，反应该反应的ΔS＞0，故其常温下不能自发进行，是因为该反应的ΔH＞0，必须高温时才能自发进行，C项正确；相同条件下，气体相对分子质量越大，熵值越大，标准状况下，熵值：1mol CO2＞1molCO，D项错误。 【变式1-3】下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是(　 ) A．1 mol H2O在不同状态时的熵值： S[H2O(l)]＜S[H2O(g)] B．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0能否自发进行与温度有关 C．H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同 D．常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH＜0 【答案】C 【解析】物质聚集状态不同，熵值不同，气体＞液体＞固体，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]，故A正确；CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0、ΔS＞0，能否自发进行，ΔH－TΔS＜0与温度有关，故B正确；反应自发只能说明ΔH－TΔS＜0，不能说明ΔH和ΔS的变化相同，故C错误；反应物有4 mol固体物质、2 mol液体物质、1 mol气体物质，生成物只有固体，ΔS＜0，若能自发进行，ΔH－TΔS＜0，则ΔH必须小于0，故D正确。 【题型2 自发过程与自发反应】 【例2】下列叙述正确的是 A．焓减反应一定能自发进行 B．熵增反应一定能自发进行 C．利用可以消除污染 D．吸热反应在较高温度下能自发进行 【答案】D 【解析】反应能否自发进行取决于ΔH-TΔS<0是否成立，熵减反应能否自发进行还要看反应是吸热反应还是放热反应以及反应温度，A项错误；反应能否自发进行取决于ΔH-TΔS<0是否成立，熵增反应能否自发进行还要看反应是吸热反应还是放热反应以及反应温度，B项错误：CO分解是吸热反应、熵减反应，在任何温度下均不能自发进行，C项错误；五氧化二氮分解是吸热反应，正反应是熵增反应，根据ΔH-TΔS<0反应能自发进行，在较高温度下能自发进行，D项正确。 【变式2-1】已知吸热反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是(　　) A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．任何温度下都能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 【答案】D 【解析】已知反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0、ΔS<0，所以ΔG＝ΔH－TΔS>0，该反应在任何温度下都不能自发进行，D正确。 【变式2-2】下列说法正确的是 A．能自发进行的反应一定能迅速发生 B．NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H<0 C．NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H>0，该反应在高温下能自发进行 D．加入合适的催化剂能改变反应的焓变，使非自发反应转化为自发反应 【答案】C 【解析】自发进行的反应需要一定的反应条件才能进行，不一定能实际发生，A项错误；该反应是熵值增加的反应，△S>0，△H-T△S<0，反应才能自发，由于在室温下不能自发进行，则该反应的△H>0，B项错误；△H-T△S<0，反应才能自发，NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H>0，△S>0，该反应在高温下能自发进行，所以化学反应在高温下能自发进行，C项正确；催化剂通过降低反应活化能加快反应速率，但不能改变反应的焓变，D项错误。 【变式2-3】下列有关化学反应方向的判断正确的是 A．放热反应一定能自发进行 B．凡是需要加热的反应都不能自发进行 C．物质的量增加的反应，△S为正值，一定能自发进行 D．在常温下能自发进行，则该反应的△H＜0 【答案】D 【解析】反应是否能够自发进行，不仅与焓变有关，也与熵变有关。若△H-T△S＜0，反应就能够自发进行，若△H-T△S＞0，反应就不能自发进行，因此放热反应不一定就能自发进行，A项错误；需要在加热条件下进行的化学反应，有的能够自发进行，有的不能自发进行，B项错误；反应是否能够自发进行，不仅与熵变有关，也与焓变有关。当△H-T△S＜0，反应就能够自发进行，当△H-T△S＞0，反应就不能自发进行。当△S为正值，△H也为正值，反应在高温下，△H-T△S＜0反应能够自发进行，在低温下△H-T△S＞0就不能自发进行，C项错误；反应是气体体积减小的反应，△S＜0，在常温下该反应能自发进行，则△H-T△S＜0，说明该反应的焓变△H＜0，D项正确。 【题型3 化学反应方向的判定】 【例3】可逆反应A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）进行过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是（　　） A.该反应的ΔH＞0，ΔS＜0 B.升高温度，平衡常数增大 C.由ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应在任何温度下都能自发进行 D.升高温度，平衡向正反应方向移动 【答案】C 【解析】由题图可知，生成物的总能量低于反应物的总能量，该反应的 ΔH＜0，由化学方程式可知，ΔS＞0，A项错误；ΔH＜0，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，B、D项错误；ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应在任何温度下都能自发进行，C项正确。 【变式3-1】下列有关说法不正确的是（　C　） A.Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B.某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C.通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 D.反应NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 【答案】C 【解析】当ΔS＞0、ΔH＜0时，一定满足ΔH－TΔS＜0，反应一定能自发进行，A项正确、C项错误；吸热反应可以自发进行，ΔH＞0，若要满足ΔH－TΔS＜0，则必须是熵增的反应，B项正确；反应NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）为熵减的反应，若在室温下可自发进行，则必须满足ΔH－TΔS＜0，则ΔH一定小于0，D项正确。 【变式3-2】在298 K和100 kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为： 物质 S/(J·K－1·mol－1) ΔH/(kJ·mol－1) ρ/(kg·m－3) C(金刚石) 2.4 －395.40 3513 C(石墨) 5.7 －393.51 2260 此条件下，对于反应C(石墨)―→C(金刚石)，下列说法正确的是(　　) A.该反应的ΔH＜0，ΔS＜0 B.由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝985.29 kJ·mol－1 C.金刚石比石墨稳定 D.超高压条件下，石墨有可能变为金刚石 【答案】D 【解析】根据燃烧热的定义可知：C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.40 kJ·mol－1，C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.51 kJ·mol－1，反应C(石墨)―→C(金刚石)的ΔH＝(－393.51 kJ·mol－1)－(－395.40 kJ·mol－1)＝1.89 kJ·mol－1＞0，ΔS＝S(金刚石)－S(石墨)＝2.4 J·K－1·mol－1－5.7 J·K－1·mol－1＝－3.3 J·K－1·mol－1＜0，A错误；由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝1.89 kJ·mol－1－298 K×(－3.3×10－3 kJ·K－1·mol－1)＝2.8734 kJ·mol－1，B错误；由A项分析可知，反应C(石墨)―→C(金刚石)是吸热反应，说明质量相同时，石墨的能量较低，则石墨比金刚石稳定，C错误；由于金刚石的密度比石墨大，故质量相同时，金刚石的体积小，则反应C(石墨)―→C(金刚石)是体积减小的过程，故超高压条件下，石墨有可能变为金刚石，D正确。 【变式3-3】已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是（ ） A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g) C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g) 【答案】C 【解析】将A、B、C、D项中反应依次编号为①、②、③、④。A项，由图可知，600 ℃时反应①的ΔG<0，反应能自发进行；B项，由图可知，600 ℃时反应②的ΔG<0，反应能自发进行；C项，由图可知，600 ℃时反应③的ΔG>0，反应不能自发进行；D项，根据盖斯定律知，反应④可由反应①＋反应③得到，则600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行。 【题型4 工业合成氨的条件】 【例4】下列关于合成氨工业说法不正确的是 A.根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B.合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D.将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【答案】A 【解析】A.合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的浓度减小，所以室温比500℃左右更有利于合成氨的反应，故A错误； B.合成氨厂一般采用10MPa～30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素，因为压强大，反应速率快，有利于合成氨，但是压强太高，对仪器设备要求也高，压强过低，反应速率慢，不利于合成氨，故B正确； C.将混合气体中的氨液化，减小了生成物的浓度，合成氨反应的化学平衡正向移动，有利于合成氨，故C正确； D.将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质，比如氧气，能和催化剂铁在高温下反应，使催化剂“中毒”，故D正确；故选A。 【变式4-1】合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　) A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 【答案】C 【解析】由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。 【变式4-2】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A.原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成的氨不纯 B.实际生产中，将氨气液化分离后的原料气循环使用，可提高经济效益 C.合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无须考虑设备、条件 【答案】B 【解析】A.原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成氨的催化剂“中毒”，A错误； B.实际生产中，将氨气液化分离后提高产率，分离后的原料气循环使用，可提高经济效益，B正确； C.采用 400°C∼500°C ，可加快反应速率，不利于平衡正向移动，不能增大反应物的平衡转化率，C错误； D.合成氨厂采用的压强越大，产率越高，对设备要求高，D错误；故选B。 【变式4-3】工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题： (1)该反应通常用活性铁做催化剂，加活性铁会使图中B点________(填“升高”或“降低”)，理由是_______________________________________________________________________。 (2)450 ℃时该反应的平衡常数________(填“<”“>”或“＝”)500 ℃时的平衡常数。 (3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母)。 a.高温高压 B.加入催化剂 c.增加N2的浓度 D.增加H2的浓度 e.分离出NH3 【答案】(1)降低　催化剂能降低反应的活化能　(2)>　(3)ce 【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能。(2)该反应正向为放热反应，低温有利于平衡正向移动，450 ℃时反应正向进行的程度大，即450 ℃对应的平衡常数大。(3)高温使化学平衡逆向移动，H2的转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c合理；增加H2的浓度会降低H2的转化率，d不合理；分离出NH3，有利于平衡右移，可以提高H2的转化率，e合理。 【题型5 工业合成氨选择适宜生产条件的原则】 【例5】可逆反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　) A.升高温度，减小压强，增加氮气 B.降低温度，增大压强，加入催化剂 C.升高温度，增大压强，增加氮气 D.降低温度，增大压强，分离出部分氨 【答案】D　 【解析】本题要求增大合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下改变条件，使平衡正向移动。因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故A、C项错误；加入催化剂可加快反应速率，但对平衡移动无影响，B项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小反应产物浓度会使平衡向正反应方向移动，D项正确。 【变式5-1】工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，该反应应采取的适宜条件是(　　) A.低温、高压、催化剂 B.适宜的温度、高压、催化剂 C.低温、常压、催化剂 D.适宜的温度和压强、催化剂 【答案】D 【解析】降温，平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在500 ℃左右；增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强；催化剂能增大反应速率，要选择催化剂，故D项符合题意。 【变式5-2】某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(　　) A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率 C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 【答案】D 【解析】工业上合成M可能采用常压，如H2SO4工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。 【题型6 工业合成氨工艺流程】 【例6】合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下： 关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　) A.混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想 B.合成氨反应须在低温下进行 C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率 D.使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动 【答案】B 【解析】低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。 【变式6-1】下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A.①②③ B.①③⑤ C.②④⑤ D.②③④ 【答案】C 【解析】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故选C。 【变式6-2】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A.为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B.压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求的问题 C.合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D.冷却过程，及时将NH3从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 【答案】C 【解析】A.催化剂“中毒”会丧失催化活性，所以原料气必须经过净化处理，故A正确； B.加压,合成氨平衡向右移动，但加压又要考虑对设备材料的强度、设备的制造要求的问题，故B正确； C.合成氨反应为放热反应，温度越低，平衡转化率越高，所以温度控制在500℃左右，不是因为此温度下反应物的平衡转化率最大，故C错误； D.冷却过程，及时将NH3分离除去，减小生成物浓度，可促使平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 故选C。 【变式6-3】下图为工业合成氨流程图，该反应速率方程为，原料气(及少量的混合气体)在进入合成塔前可经过铜氨液净化处理，其反应为：，有关说法错误的是 A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提高合成氨原料的转化率，又可以加快反应速率 C.为保证足够高的反应速率，反应达到一定转化率时需及时将氨从体系中分离 D.“净化”时适当升高温度，可增大反应速率和CO的平衡转化率 【答案】D 【分析】N2和H2净化干燥除去含P、S、As的化合物等杂质后，加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用； 【解析】A.步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，A正确； B.合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，B正确； C.在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，结合可知，分离出氨气也可以促使反应速率加快，C正确； D.“净化”时经过铜氨液净化处理反应为放热反应，适当升高温度，可增大反应速率，但是导致反应逆向进行，CO的平衡转化率降低，D错误； 故选D。 【题型7 工业生产条件的选择】 【例7】在一定条件下探究二甲醚的制备反应为2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是(　　) A.该反应的ΔH＜0 B.该反应伴随着副反应的发生 C.工业上选择的较适宜温度为280～290 ℃ D.加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率 【答案】D 【解析】由题图知，随着温度的升高，CO的转化率降低，所以升高温度，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，ΔH＜0，A项正确；从图中可知，CO的转化率降低的同时，CH3OCH3的产率在不同温度下差别大，即说明该反应伴随着副反应的发生，B项正确；在280～290 ℃之间，CH3OCH3的产率很高，C项正确；加入催化剂可以改变反应达到平衡的时间，但不能提高CH3OCH3的产率，D项错误。 【变式7-1】工业上利用NH3和CO2制取尿素[CO(NH2)2]，有关反应的热化学方程式如下： 反应Ⅰ：2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH＝a kJ·mol－1 反应Ⅱ：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋CO(NH2)2(l)　ΔH＝b kJ·mol－1 下列有关说法正确的是(　　) A.反应2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋CO(NH2)2(l)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1 B.反应Ⅰ在一定温度下能自发进行，则a>0 C.生产过程中及时将水分离出去，可以加快反应Ⅱ的正反应速率 D.同压下，等质量的液态水和水蒸气，水蒸气的能量高 【答案】D 【解析】A.由盖斯定律可知，反应Ⅰ＋反应Ⅱ得反应2NH3(l)＋CO2(g) H2O(l)＋[CO(NH2)2](l)，则ΔH ＝(a＋b) kJ·mol－1，故A错误；B.反应Ⅰ是一个熵减小的反应，ΔS＜0，由一定温度下能自发进行可知，ΔH －TΔS＜0，则a＜0，故B错误；C.反应Ⅱ中水为液态，浓度为定值，生产过程中及时将水分离出去，对反应速率无影响，故C错误；D.水的气态能量大于液态大于固态，故同压下，等质量的液态水和水蒸气，水蒸气的能量高，故D正确。 【变式7-2】据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) 下列叙述错误的是(　　) A.使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率 B.升高温度，该反应平衡常数K一定增大 C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率 【答案】B 【解析】因催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，则在一定时间内提高了生产效率，故A正确；反应需在300 ℃进行是为了获得较快的反应速率，不能说明反应是吸热还是放热，所以K不一定增大，故B错误；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，故C正确；从平衡混合物中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，故D正确。 【变式7-3】苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得： ＋H2(g)　ΔH＝＋123.5 kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为 (1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。 (2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________________________。 (3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数Kp＝________。(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数) (4)控制反应温度为600 ℃的理由是_____________________________________________。 【答案】(1)B　(2)正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压　(3)0.019 MPa　(4)600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大 【解析】(1)由图可知，A、B两点对应的温度和压强都相同，A点是乙苯和氮气的混合气体，B点是纯乙苯，则B点乙苯浓度大于A点，浓度越大反应速率越大，则正反应速率B点大于A点。(2)该反应正反应气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，减小压强，化学平衡正向移动，乙苯的转化率增大。(3)由图可知，反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa时，乙苯转化率为40%，设乙苯起始物质的量为1 mol，则依据题意可建立如下三段式： 平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压为×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数Kp＝ MPa≈0.019 MPa。 【基础题】 1.（2024·河北衡水·模拟）下列说法正确的是 A．焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．ΔH<0、ΔS<0的反应在低温时能自发进行 D．两种物质反应，无论方程式的书写形式如何，ΔH均不变 【答案】C 【解析】A．焓变和熵变都与反应的自发性有关。ΔG=ΔH－TΔS＜0为判断反应进行的综合判据，因此焓变或熵变不能单独作为反应自发性的判据，故A错误； B．反应能否自发进行，与反应速率大小无关，有些能自发进行的反应，反应速率很慢，如金属的腐蚀，也有些能迅速反应，如中和反应，故B错误； C．根据△G=△H－T△S判断，对于△H＜0、△S＜0的反应在温度低时，△G＜0，反应能自发进行，故C正确； D．ΔH与物质的状态有关，与反应条件无关，方程式中若物质的状态不同，其ΔH不同，故D错误； 故选C。 2.（2024·广东广州·模拟）合成氨工业中采用循环操作(如图)，主要是为了 A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．提高平衡混合物中氨的含量 D．增大化学反应速率 【答案】B 【解析】合成氨中氢气与氮气在一定条件下反应生成氨气，该反应为可逆反应，为提高氮气和氢气的利用率，将产物中氨气液化，再将未反应完的氮气和氢气通入合成塔中，进行循环利用，故答案选B。 3.（2024·上海徐汇·模拟预测）有关工业合成氨的说法错误的是 A．不断移去液氨，有利于反应正向进行 B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大 C．增大压强，氨的分解速率增加 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 【答案】B 【解析】A．如果改变可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等)，化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动，不断将氨气液化，降低生成物浓度，有利于平衡正向移动，故A正确； B．合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的平衡转化率降低，控制温度为400℃～500℃是因为此温度催化剂的活性最高，反应速率较大，生产效率较高，故B错误； C．增大压强，化学反应速率增大，氨的分解速率增加，故C正确； D．制备原料气过程中会产生其它杂质，为防止催化剂中毒和安全，原料气须经过净化处理，故D正确； 故答案选B。 4.（2024·江苏扬州·期中）工业生产过程中发生反应。下列说法正确的是 A．反应的平衡常数 B．该反应、 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率 D．上述反应中每消耗，转移电子的数目约为 【答案】C 【解析】A．反应的平衡常数，A错误； B．该反应为化合反应，属于放热反应，即ΔH＜0，该反应为气体系数减小的反应，为熵减，即ΔS＞0，B错误； C．使用催化剂，可以降低反应活化能，提高了活化分子百分数，加快反应速率，C正确； D．消耗1mol氧气，转移电子个数为1×4×6.02×1023，D错误； 故选D。 5.（2024·山东·模拟）有关合成氨工业的说法正确的是 A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在700 K，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁的活性最大 【答案】B 【解析】A．增大H2的浓度，H2的转化率减小，氮气转化率升高，A错误； B．氨易液化，分离出N2、H2在实际生产中可循环使用，提高原料利用率，B正确； C．温度控制在700K主要是为了兼顾速率与平衡，且500℃时催化剂活性最大，C错误； D．压强越大，越有利于反应正向进行，压强采用10~30MPa主要是考虑对设备材料的要求，D错误； 答案选B。 6.（2024·江苏扬州·模拟预测）工业生产过程中发生反应。下列说法正确的是 A．反应的平衡常数 B．该反应、 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率 D．上述反应中每消耗1mol ，转移电子的数目约为 【答案】C 【解析】A．根据化学平衡常数数学表达式，该反应化学平衡常数表达式为K=，故A错误； B．该反应为放热反应，即ΔH＜0，该反应为气体系数减小的反应，为熵减，即ΔS＞0，故错误； C．使用催化剂，可以降低反应活化能，提高了活化分子百分数，加快反应速率，故C正确； D．消耗1mol氧气，转移电子个数为1×4×6.02×1023，故D错误； 答案为C。 7.（2024·江苏盐城·三模）焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为 反应I：     反应II：      反应III：               反应IV：        在1×105Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。    相对体积、 相对体积 下列说法不正确的是 A．温度低于900℃，反应I基本不发生 B．850℃～900℃时，主要发生反应Ⅳ C．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积 D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂 【答案】C 【解析】A．从图中可以看出，温度低于900℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应I基本不发生，A正确； B．850℃～900℃时，H2、CO的体积分数都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积略有减小，可能是CO2转化率增大的原因，所以反应I进行的幅度很小，反应Ⅱ、Ⅲ基本不发生，主要发生反应Ⅳ，B正确； C．从图中可以看出，4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C不正确； D．图中信息显示，温度低于900℃，CH4的相对体积基本上是100%，则反应I基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，D正确； 故选C。 8.（2024·广东·模拟）氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．可以利用易液化的性质分离出 B．X为，其作用是将氮氧化物充分氧化为 C．可以用进行氮氧化物的尾气处理 D．合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化 【答案】D 【解析】A．易液化，因此可以利用易液化的性质分离出液态，有利于反应正向移动，A正确； B．氨气催化氧化生成NO，NO和氧气、水反应生成硝酸，因此X为，其作用是将氮氧化物充分氧化为，B正确； C．根据氧化还原反应原理，氨气和氮氧化物反应生成氮气和水，因此可以用进行氮氧化物的尾气处理，C正确； D．合成氨中氮化合价降低，氮元素被还原，氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化，D错误； 故选D。 9.（2024·广东梅州·期中）硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应的说法中不正确的是 A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率 D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高 【答案】B 【解析】A．二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，SO2和O2不能反应完，因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率，A正确； B．压强过大，设备可能无法承受太大的压强，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误； C．通入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C正确； D．实际生产中，温度为400-500℃时，催化剂的活性最高，因此400-500℃作为操作温度，D正确； 故选B。 10.（2024·江苏徐州·模拟）以铁触媒为催化剂。在400~500℃和10~30MPa的条件下进行合成氨反应： kJ⋅mol-1。下列说法正确的是 A．400~500℃温度范围内，铁触媒活性较高 B．该反应在任意条件下均能自发进行 C． kJ·mol-1(E表示键能) D．其他条件一定，增大压强能增大反应的平衡常数 【答案】A 【解析】A．合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，400~500℃温度范围内，铁触媒活性最高，故A正确； B．该反应为、，不是任意条件均小于0，所以不是任意条件均能自发进行，故B错误； C．反应热等于反应物总键能减去生成物总键能，即kJ/mol，故C错误； D．平衡常数只与温度有关，增大压强平衡常数不变，故D错误； 故答案为：A。 【提升题】 11.（2024·陕西西安模拟）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．为提高反应物的转化率应及时将氨从混合气中分离出去 【答案】C 【分析】N2和H2净化干燥除去含P、S、As的化合物等杂质后，加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用，据此分析判断。 【解析】A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，故A正确； B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故B正确； C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不能，故C错误； D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，故D正确； 故选C。 12.（2024·江苏镇江·一模）恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1：3合成CH3OH，其中涉及的主要反应： Ⅰ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49kJ·moI-1 Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=41kJ·moI-1 在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内的选择性和产率随温度的变化如图 已知：CH3OH的选择性= 下列说法正确的是 A．保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率 B．合成甲醇的适宜工业条件是约230°C，催化剂选择CZ(Zr-1)T C．使用CZ(Zr-l)T，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低 D．使用CZT，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动 【答案】B 【解析】A．充入氮气反应Ⅰ压强减小平衡逆向移动，H2和CO2增加从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大平衡正向，所以CO的产率增加，A项错误； B．相同条件下催化剂CZ(Zr-1)T选择性更高。此催化剂在230℃选择性最高且CH3OH的产率较高，所以甲醇的最适宜条件为约230°C、催化剂选择CZ(Zr-1)T，B项正确； C．230℃以上反应Ⅰ为放热反应升温平衡逆向，而反应Ⅱ为吸热反应升温平衡正向，导致甲醇的产率降低，C项错误； D．CZT，230°C以上甲醇的选择性低，且升温反应Ⅱ正向，所以该条件下主要以反应Ⅱ为主导致甲醇的产率降低，D项错误； 故选B。 13.（2024·海南·模拟预测）工业合成甲醇的反应为。反应相同时间，实验测得甲醇的产率与压强，温度的关系分别如图1，图2所示。下列叙述正确的是 A．合成甲醇时压强越大越好 B．增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小 C．合成甲醇的最佳温度为520K D．520K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小 【答案】C 【解析】A．虽然增大压强能加快反应速率、使平衡正向移动而提高甲醇的产率，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益，故合成甲醇时不是压强越大越好，A项错误； B．增大压强，正、逆反应速率都增大，B项错误； C．根据图2可知，520K时甲醇的产率最大，合成甲醇的最佳温度为520K，C项正确； D．图示曲线为反应相同时间，520K之前反应未达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，单位时间内甲醇的产率增大，D项错误； 答案选C。 14.（2024·天津·模拟）某温度下发生反应：3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)  ΔH=-92.4kJ/mol，N2的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是 A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数KA<KB C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率 【答案】C 【解析】A．因为是可逆反应，所以不可能生成2mol氨气，因此放出的热量小于92.4kJ，A错误； B．平衡常数只与温度有关系，所以平衡状态由A变到B时，平衡常数不变，B错误； C．根据图象可知，增大压强氮气的转化率增大，平衡向正反应方向移动，氢气转化率提高，C正确； D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，合成氨工业中常采用400~500℃的高温，是因为催化剂在该温度下催化效率高，D错误； 答案选C。 15.（2024·江苏苏州·三模）合成氨反应为。下列说法正确的是 A．该反应 B． C．反应中每消耗转移电子 D．实际生产中以低温、高压、高活性催化剂的条件来提高氨气产率 【答案】C 【解析】A．该反应为气体体积减小的反应，ΔS<0，A错误； B．ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和，ΔH=E(N≡N)+3E(H-H)-6E(N-H)，B错误； C．该反应中，H2中的H失电子化合价从0价转化为+1价，每消耗3molH2转移6mol电子，C正确； D．该反应为气体体积减小的放热反应，低温、高压化学平衡正向移动，但是使用高活性催化剂对化学平衡没有影响，无法提高氨气产率，D错误； 故答案选C。 16.（2024·黑龙江牡丹江·一模）工业以硫黄或黄铁矿(主要成分FeS2，烧渣主要成分为Fe2O3)为主要原料生产硫酸主要流程如下： 下列说法正确的是 A．高温焙烧1 mol FeS2时转移的电子数为15 NA(NA代表阿伏加德罗数值) B．SO2与H2S反应生成淡黄色沉淀，体现了SO2的还原性 C．反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)具有自发性的原因是ΔH＜0 D．98%浓硫酸粘度较高，与其范德华力较大有关 【答案】C 【分析】硫黄或黄铁矿高温下与空气中的氧气反应，生成SO2和Fe2O3；SO2在V2O5作催化剂、400~500℃下被O2进一步氧化生成SO3，SO3被98%浓硫酸吸收，生成H2SO4∙SO3。 【解析】A．高温焙烧1 mol FeS2时，Fe由+2价升高到+3价，S由-1价升高到+4价，则转移的电子数为11 NA(NA代表阿伏加德罗数值)，A不正确； B．SO2与H2S反应生成淡黄色S沉淀，SO2中S元素由+4价降低到0价，体现了SO2的氧化性，B不正确； C．反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的ΔS＜0，要使△H-TΔS＜0，应使ΔH＜0，则反应具有自发性的原因是ΔH＜0，C正确； D．98%浓硫酸粘度较高，与分子间能形成氢键有关，D不正确； 故选C。 17.（2024·安徽·模拟预测）催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为，下图为，温度在250℃下的甲醇的物质的量分数与压强p的关系及压强在下的甲醇的物质的量分数与温度t的关系，下列有关说法正确的是 A．由图可知，随压强增大，平衡常数K增大 B．曲线a为250℃时等温过程曲线 C．该反应在任何温度下都能自发进行 D．当时，的平衡转化率为53.3％ 【答案】B 【分析】该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，甲醇的含量减少，b为等压过程曲线，a为等温过程曲线，据此回答。 【解析】A．平衡常数K只受温度的影响，压强增大，K值不变，A错误； B．根据分析可知，b为等压过程曲线，a为等温过程曲线，B正确； C．由于该反应、，根据，不一定小于0，在低温时能够自发，C错误； D．起始物n(H2)/n(CO2)=3，设n(H2)=3mol，n(CO2)=1mol，设二氧化碳的变化量为x，根据已知条件列三段式：，时，，解得：x=，则的平衡转化率为33.3％，D错误； 故选B。 18.（2024·广东·一模）甲烷催化氧化为合成气、的主要反应有： Ⅰ． Ⅱ． 将与投入密闭容器中反应，不同温度下，相同时间内转化率、选择性与的选择性[]随温度的变化如图所示，下列说法正确的是 A．时，副反应Ⅱ进行程度很小 B．在时，容器中生成的的物质的量为 C．反应Ⅰ在低温下自发 D．该过程中，低温有利于合成气的生成 【答案】A 【解析】A．时，选择性和选择性均接近，则副反应Ⅱ进行程度很小，故A正确； B．在时，甲烷的转化率为，即，的选择性为，即，则解得，，故B错误； C．、的选择性随温度升高而增大，则反应Ⅰ的，又因为反应Ⅰ的，反应Ⅰ在高温下自发，故C错误； D．反应Ⅰ的，升高温度，平衡正向移动，有利于合成气的生成，故D错误； 故选A。 19.（2024·湖南·模拟）在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量不同，温度相同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 【答案】B 【分析】该装置中发生SO2在加热、催化剂的条件下和O2反应转化为SO3的反应，反应放热，热交换器的作用是预热待反应的气体；a处通入的是反应气体，即SO2、空气，在热交换器中进行加热，没有催化剂，没有发生反应，b处气体是SO2、空气，再进入装置中，发生反应到达c处，c处是SO3，没有反应完全的SO2、O2、N2等，SO2、O2在催化剂的作用下再一次发生反应，提高SO2的转化率，d处主要为SO3，N2等，由此分析。 【解析】A．根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，A项正确； B．在c处出来的气体SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷的气体降温，SO3被部分分离出来，而且混合气体再次被催化氧化，d处主要为SO3，N2等，故二者含有的气体的成分含量不相同，B项错误； C．根据分析，该反应放热，热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，经热交换器出来的SO3被吸收，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，C项正确； D．c处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，D项正确； 答案选B。 20.（2024·辽宁·模拟预测）向体积均为的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入和，发生反应：。分别在绝热、恒温条件下进行，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 A．正反应在较低温度下能自发进行 B．乙在恒温条件下进行， C．a点的正反应速率大于c点的正反应速率 D．甲条件下平衡常数K小于20.25 【答案】D 【解析】A．由图可知，正反应是放热反应，ΔH<0，气体分子数减小，ΔS<0，ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0反应自发，故该在较低温度下能自发进行，A项正确； B．曲线甲恒容密闭容器中压强增大，说明甲在绝热过程进行，乙在恒温过程进行，B项正确； C．平衡时，，a的反应物浓度大于c的反应物浓度，即a的正反应速率大于c的正反应速率，C项正确； D．在恒温恒容条件下，气体压强之比等于总物质的量之比，根据三段式， ，解得，b点浓度商，a、b点总压强相等，容器体积相等，a点温度较高，故a点气体的物质的量小于b点，正反应是气体分子数减小的反应，说明a点的转化率大于b点，即a点平衡常数K大于b点Q，D项错误； 本题选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$