专题04 化学反应的方向和调控（考点清单）（讲+练）-2024-2025学年高二化学上学期期末考点大串讲（人教版2019）

专题04 化学反应的方向和调控 考点01 化学反应的方向 考点02 化学反应的调控 ▉考点01 化学反应的方向 1．自发反应 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。 自发过程和自发反应的区别 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 （1）可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 【易错警示】 （1）不能认为自发反应都是不需要任何条件就能发生的，自发反应的“一定的条件”，可以是一定的温度和压强，可以是“点燃、光照、加热、高温”等给反应物提供能量的条件，“外界帮助”指通电、放电等，如氢气的燃烧是自发的通过需点燃才能发生；也不能认为非自发反应在任何条件下都是不能发生的，如NaCl在通电条件可分解生成Na和Cl2。 （2）不能认为自发反应应用普通，非自发反应没有应用价值。将电能、热能转化为化学能的许多非自发反应是制备物质的重要反应，如电解法去冶炼钠、镁、铝和制取氯气等。 （3）反应能否自发进行与反应速率无关。 2．熵和熵变的含义 熵 定义 度量体系混乱程度的物理量(体系的有序性越高，混乱度越低，熵值越小) 符号 S 熵变 定义 物质发生变化时，体系的熵的变化 符号 ΔS 意义 混乱度增加的过程或反应为熵增，ΔS＞0；混乱度减小的过程或反应为熵减，ΔS＜0(产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，熵变为正值ΔS＞0，是熵增反应)；化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行 3．自由能与化学反应的方向 （1）自由能变化 符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。 （2）自由能变化与焓变、熵变的关系 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变、熵变有关，还与温度有关。 （3）反应方向与自由能的关系 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ＜0 ＞0 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＞0 ＜0 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＞0 ＞0 低温为正 低温时非自发 高温为负 高温时自发 ＜0 ＜0 低温为负 低温时自发 高温为正 高温时非自发 4．判断化学反应方向的判据 （1）复合判据： ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 （2）温度对反应方向的影响 ▉考点02 化学反应的调控 1．合成氨反应的特点 合成氨反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行 可逆性 反应为可逆反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 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反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用 提高平衡混合物中中氨的含量 增大反应物浓度， 降低生成物浓度 降低温度 增大压强 无影响 3．数据分析 在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。 4．工业合成氨的适宜条件 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa 温度 原理分析 ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去 将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应) 5．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 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 6．合成氨的工艺流程 7. 工业生产中适宜生产条件的选择思路 （1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。 （2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。 （3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。 （4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。 影响 因素 有利于加快反应速率的控制 有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度 不断补充反应物、及时分离出生成物 压强 高压(有气体参加) ΔV<0 高压 设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔV>0 低压 兼顾速率和平衡、选取适宜的压强 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，尽量采取高温并选取合适催化剂 催化剂 加合适的催化剂 无影响 加合适的催化剂， 考虑催化剂活性与温度关系 【归纳总结】 （1）化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制 （2）控制反应条件的基本措施 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 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 （3）催化剂的活性与“中毒” 催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。 1．下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 【答案】C 【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误； 故选C。 2．下列说法正确的是 A．吸热反应不可以自发进行 B．同种物质固态时，熵值最大 C．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 D．铁在潮湿的空气中生锈的过程是自发的 【答案】D 【解析】A．吸热反应有时也可以自发进行，如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应，在常温下能够自发进行，A错误； B．同种物质的熵值大小：气态＞液态＞固态，因此同种物质固态时，熵值最小，气态时熵值最大，B错误； C．反应自发进行的条件是△H-T△S＜0，反应能否自发进行与焓变、熵变和反应温度有关，能够自发进行的反应不一定是熵增的过程，只有满足△H-T△S＜0的过程才是自发的，C错误； D．铁在潮湿空气中生锈，发生的是钢铁的吸氧腐蚀，是自发进行的放热反应，D正确； 故合理选项是D。 3．以下说法中正确的是 A．所有∆H<0的反应均是自发反应 B．高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程 C．冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程 D．自发进行的反应一定能迅速进行 【答案】C 【解析】A．高温条件下熵减的放热反应的∆H—T∆S＞0，反应不能自发进行，故A错误； B．高锰酸钾受热分解生成氧气的反应是一个熵增的反应，故B错误； C．冰在室温下自动熔化成水是一个混乱度增大的熵增的过程，故C正确； D．反应能否自发进行与反应速率无关，则自发进行的反应不一定能迅速进行，如氢气和氧气在常温下化合成水是一个自发反应，但是反应速率非常慢，实际上是不能发生的，故D错误； 故选C。 4．下列说法正确的是 A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应 B．的反应一定能自发进行 C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数 D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅mol，逆反应的活化能为 kJ⋅mol，则 kJ⋅mol 【答案】D 【解析】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误； B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误； C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误； D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅mol，逆反应的活化能为 kJ⋅mol，则 kJ⋅mol，故D正确。 综上所述，答案为D。 5．下列说法正确的是 A．在常温下，放热反应能自发进行吸热反应不能自发进行 B．  ，能自发进行的原因是＞0 C．焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判断依据 D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 【答案】B 【解析】A．△H-T△S＜0的反应可自发进行，则常温下放热反应、吸热反应均可能自发进行，故A错误；B．△H=+185.57 kJ•mol-1，能自发进行的原因是△S＞0，可满足△H-T△S＜0，故B正确；C．焓变和熵变单独作为反应自发性的判断依据，不够准确，故C错误；D．使用催化剂不能改变化学反应进行的方向，故D错误；故选：B。 6．的催化氧化是生产硫酸的重要工艺之一，其反应为，下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下均能自发进行 B．加入催化剂，该反应的保持不变 C．压缩容器体积，活化分子百分数增大 D．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 【答案】B 【解析】A．该反应的，，根据，温度升高，反应的自发性降低，A项错误； B．催化剂不能改变反应的，B项正确； C．压缩容器体积，浓度增大，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，C项错误； D．升高温度，正、逆反应速率均增大，D项错误； 故选B。 7．下列反应在任何温度下都不能自发进行的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】ΔH-TΔS<0，可发生自发反应，据此分析解题。 A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0，ΔS>0，任何温度下均有ΔH-TΔS<0，任何温度下均能自发进行，A正确； B．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH>0，ΔS>0，较高温度时，ΔH-TΔS<0，即高温时能自发进行，B正确； C．N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH<0，ΔS<0，较低温度时，ΔH-TΔS<0，即较低温度时能自发进行，C正确； D．2CO(g)=2C(s)+O2(g)ΔH>0，ΔS<0，任何温度下均有ΔH-TΔS>0，即任何温度下均不能自发进行，D错误； 答案选D。 8．化学为我国航天事业的发展保驾护航。天和核心舱中有电解水和制水反应两步反应，制水反应为。下列有关说法错误的是 A．制水反应的 B．运载火箭使用的液氢燃料具有高能、无污染的特点 C．电解水反应的能量变化形式是电能转化为化学能 D．上述两步反应解决了核心舱中的来源、的清除和水的循环利用的问题 【答案】A 【解析】A．根据制水反应可知，随反应进行，气体分子数减少，因此该反应的，A错误； B．液氢燃料燃烧热值高，燃烧产物为水，因此具有高能、无污染的特点，B正确； C．电解水反应属于吸热反应，反应过程中电能转化为化学能，C正确； D．电解水可以生成，解决了核心舱中的来源问题；制水反应消耗的同时生成水，解决了的清除和水的循环利用问题，D正确； 答案选A。 9．下列有关化学反应进行的方向和限度的说法中正确的是 A．，平衡时若增加A的物质的量，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增大，正反应速率增大，平衡正向移动 B．在常温下能自发进行，则该反应的 C．对于反应，起始充入等物质的量的A和B，达到平衡时A的体积分数为n%，此时若给体系加压则A的体积分数不变 D．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中，在恒定温度下发生分解反应：，的体积分数不再改变，则反应已达平衡 【答案】C 【解析】A．反应中，A呈固态，平衡时若增加A的物质的量，活化分子百分数、单位体积内活化分子数、正反应速率都不改变，平衡不发生移动，A不正确； B．的ΔS＜0，在常温下能自发进行，则该反应的△H＜0，B不正确； C．反应中，反应前后气体的分子数相等，若给体系加压，平衡不发生移动，A的体积分数不变，C正确； D．对于反应，NH3、CO2的物质的量之比始终为2:1，不管反应是否达到平衡，CO2的体积分数始终保持不变，D不正确； 故选C。 10．化学与生产生活密切相关，下列做法中是为了减慢反应速率的是 A．将食物放进冰箱 B．把煤块粉碎燃烧 C．合成氨使用催化剂 D．向炉膛内鼓风 【答案】A 【解析】A．将食物放进冰箱的目的是，降低温度，减缓食物腐败的速率，故A符合题意； B．把煤块粉碎燃烧可以增大固体的表面积，有利于反应物的接触面积，加快反应速率，故B不符合题意； C．合成氨使用催化剂的目的是降低反应活化能，加快反应速率，故C不符合题意； D．向炉膛内鼓风可以增大氧气的浓度，有利于加快燃烧的速率，故D不符合题意； 故选A。 11．化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是 A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 【答案】D 【解析】A．合适温度范围内适当升温可以加快反应速率，故A正确； B．适当加压可以加快反应速率，故B正确； C．选择合适催化剂可以加快反应速率，故C正确； D．加快通过催化剂的气流速度，使气体接触催化剂的时间变短，不能提高反应速率，故D错误； 故答案为：D。 12．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列叙述正确的是 A．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量大于1mol氢分子所具有的能量 B．当v(CO2)=2v(CH3CH2OH)时，反应一定达到平衡状态 C．移去水蒸气，可增大正反应速率 D．恒压，充入惰性气体，化学反应速率增大 【答案】A 【解析】A．氢原子结合生成氢气分子，氢原子之间形成化学键释放能量，则2 mol氢原子所具有的能量高于1 mol氢分子所具有的能量，A正确； B．未指出反应速率的正、逆，因此不能判断反应是否处于平衡状态，B错误； C．移去水蒸气的瞬间，正反应速率不变，逆反应速率减小，由于正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正向移动，反应物浓度减小，正反应速率减小，C错误； D．恒压，充入惰性气体，则容器体积增大，反应体系中各气体物质的浓度减小，反应速率减慢，D错误； 答案选A。 13．合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列说法正确的是 A．合成氨反应在任何温度下都能自发 B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJ C．合成氨实际生产中选择高压和低温 D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气 【答案】D 【解析】A．合成氨时放热且熵减的反应，根据∆G=∆H-T∆S＜0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误； B．该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1molN2与过量H2充分反应放热小于92.4kJ，B错误； C．为了加快反应速率，实际生产中选择高压(10-20MPa)和高温(400℃-500℃)，C错误； D．氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应器中反应，循环利用，D正确； 故选D。 14．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是 A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎 B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100% 【答案】D 【解析】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确；C．合成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，故C正确；D．合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，故D错误；故选D。 15．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；故答案选B。 16．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物的排放。 （1）实现“节能减排”和“低碳经济”的项重要课题就是如何将转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：，如图所示为该反应过程中的能量变化： 下列关于该反应的说法正确的是_____________(填序号)。 A．，       B．， C．，       D．， （2）将煤加工成水煤气可降低污染并提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，反应方程式为，该反应的，。该反应在常温下_____________(填“能”或“不能”)自发进行。 【答案】     C     不能 【解析】（1）由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，；该反应为反应前后气体分子数减小的反应，则，故答案为C； （2）由，所以该反应在常温下不能自发进行。 17．某研究性学习小组研究了汽车尾气中的NO与CO的反应和某工业废气中的NO2与SO2的反应。回答下列问题： （1）一定温度下，向某容积为1 L的密闭容器中通入a mol NO、b mol CO，控制一定的条件使其发生反应：2NO(g)＋2CO(g) ⇌N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。测得NO的平衡转化率与温度、投料比X(X＝)的关系如图甲所示。 则T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反应开始至达到平衡(对应A点)所用的时间是2 min，则反应发生的2 min内N2的平均反应速率v(N2)＝________，A点对应的平衡常数K＝________(保留3位有效数字)。 （2）在固定体积的密闭容器中发生反应： NO2(g)＋SO2(g) ⇌SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1 使用某种催化剂，改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率。部分实验结果如图乙所示。 ①如果要将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是______________。 ②若A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min达到平衡状态，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。 ③若图乙中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。 【答案】（1）>　0.4 mol·L－1·min－1　15.8 （2）①降低温度　②　③＝ 【解析】（1）正反应是放热反应，其他条件不变，温度升高平衡逆向移动，NO的平衡转化率降低，结合题图甲可知T1>T2。X1＝0.8、a＝2，根据X＝，得b＝2.5。 　　　　 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始/mol·L－1 2 2.5 0 0 转化/mol·L－1 2×80% 1.6 0.8 1.6 平衡/mol·L－1 0.4 0.9 0.8 1.6 v(N2)＝＝0.4 mol·L－1·min－1。 K＝≈15.8。（2）①如果将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，NO2的平衡转化率增大，可以通过降低温度使平衡正向移动，从而使NO2的平衡转化率增大。②A点对应的NO2的平衡转化率为50%，＝0.4，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，则NO2的起始浓度为0.4c0 mol·L－1，转化的二氧化氮浓度为0.4c0 mol·L－1×50%＝0.2c0 mol·L－1，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝＝ mol·L－1·min－1。③C点时＝1.0，设SO2的起始浓度为c1 mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝c1 mol·L－1，C点对应的二氧化氮的平衡转化率为50%，则平衡时c(NO2)＝c(SO2)＝c(SO3)＝c(NO)＝0.5c1 mol·L－1，平衡常数KC＝＝1；同理，D点对应的二氧化氮的平衡转化率为40%，＝1.5，设SO2的起始浓度为c2 mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝1.5c2 mol·L－1，则平衡时c(NO2)＝0.9c2 mol·L－1，c(SO2)＝0.4c2 mol·L－1，c(SO3)＝c(NO)＝0.6c2 mol·L－1，平衡常数KD＝1，平衡常数相同说明反应温度相同，即TC＝TD。 18．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答： （1）在容积为2L的恒温密闭容器中加入0.1mol的N2和0.3mol的H2在一定条件下发生反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0，在5分钟时反应恰好达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.1mol。这段时间内用H2表示的反应速率为v(H2)=____。 （2）平衡后，若要再提高反应速率，且增大NH3的产率，可以采取的措施有____。(答一条即可) （3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____(填序号字母)。 A．容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1：3：2 B．v(H2)正=3v(N2)逆 C．混合气体的密度保持不变 D．容器内压强保持不变 （4）已知合成氨反应N2+3H2⇌2NH3在400℃时的平衡常数K=0.5(mol/L)-2。在400℃时，测得某时刻c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此时刻该反应的v正____v逆(填“>”“=”或“<”)。 （5）如图表示在恒压密闭容器中，不同温度下，达到平衡时NH3的体积百分数与投料比[]的关系。 由此判断KA、KB、KC的大小关系为：____。 【答案】（1）0.015mol·L-1·min-1 （2）加压；通入氮气或氢气 （3）BD （4）< （5）KA=KB>KC 【解析】（1）这段时间内用NH3表示的反应速率v(NH3)==0.01mol/(L∙min)，同一反应用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比，则v(H2)= v(NH3)= 0.015mol/(L∙min)；答案为：0.015mol/(L∙min)。 （2）合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)   ∆H<0，若要提高反应速率，可采取的措施有：增大反应物N2或H2的浓度、增大压强、升高温度、使用合适的催化剂；该反应的正反应是气体分子数减小的放热反应，若要增大NH3的产率，可采取的措施有：增大反应物N2或H2的浓度、增大压强、降低温度；故平衡后，若要再提高反应速率，且增大NH3的产率，可以采取的措施有：加压、通入N2或H2；答案为：加压；通入氮气或氢气。 （3）A．达到平衡时各组分的浓度保持不变，但不一定等于化学计量数之比，故容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1：3：2时反应不一定达到平衡状态，A不选； B．v(H2)正=3v(N2)逆时正、逆反应速率相等，是反应达到平衡状态的本质标志，B选； C．合成氨的反应中所有物质都为气态，容器内气体的总质量始终不变，容器的容积始终不变，混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，C不选； D．该反应的正反应是气体分子数减小的反应，建立平衡的过程中气体分子物质的量变化，容器内压强变化，故容器内压强保持不变说明反应达到平衡状态，D选； 答案选BD。 （4）此时刻Qc===0.5625(mol/L)-2> K=0.5(mol/L)-2，反应逆向进行，故此时刻该反应的v正<v逆；答案为：<。 （5）影响化学平衡常数的外界因素为温度，A、B两点所处温度相同，故KA=KB；根据图像可知，相同时，平衡时T2条件下NH3%>T1条件下NH3%，该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NH3%减小，化学平衡常数K减小，故T2<T1、K（T2）>K（T1）；故KA、KB、KC的大小关系为KA=KB>KC；答案为：KA=KB>KC。 ( 第 16 页 共 16 页 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 ( 17 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 化学反应的方向和调控 考点01 化学反应的方向 考点02 化学反应的调控 ▉考点01 化学反应的方向 1．自发反应 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。 自发过程和自发反应的区别 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 （1）可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 【易错警示】 （1）不能认为自发反应都是不需要任何条件就能发生的，自发反应的“一定的条件”，可以是一定的温度和压强，可以是“点燃、光照、加热、高温”等给反应物提供能量的条件，“外界帮助”指通电、放电等，如氢气的燃烧是自发的通过需点燃才能发生；也不能认为非自发反应在任何条件下都是不能发生的，如NaCl在通电条件可分解生成Na和Cl2。 （2）不能认为自发反应应用普通，非自发反应没有应用价值。将电能、热能转化为化学能的许多非自发反应是制备物质的重要反应，如电解法去冶炼钠、镁、铝和制取氯气等。 （3）反应能否自发进行与反应速率无关。 2．熵和熵变的含义 熵 定义 度量体系混乱程度的物理量(体系的有序性越高，混乱度越低，熵值越小) 符号 S 熵变 定义 物质发生变化时，体系的熵的变化 符号 ΔS 意义 混乱度增加的过程或反应为熵增，ΔS＞0；混乱度减小的过程或反应为熵减，ΔS＜0(产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，熵变为正值ΔS＞0，是熵增反应)；化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行 3．自由能与化学反应的方向 （1）自由能变化 符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。 （2）自由能变化与焓变、熵变的关系 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变、熵变有关，还与温度有关。 （3）反应方向与自由能的关系 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ＜0 ＞0 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＞0 ＜0 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＞0 ＞0 低温为正 低温时非自发 高温为负 高温时自发 ＜0 ＜0 低温为负 低温时自发 高温为正 高温时非自发 4．判断化学反应方向的判据 （1）复合判据： ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 （2）温度对反应方向的影响 ▉考点02 化学反应的调控 1．合成氨反应的特点 合成氨反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行 可逆性 反应为可逆反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 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反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用 提高平衡混合物中中氨的含量 增大反应物浓度， 降低生成物浓度 降低温度 增大压强 无影响 3．数据分析 在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。 4．工业合成氨的适宜条件 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa 温度 原理分析 ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去 将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应) 5．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 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 6．合成氨的工艺流程 7. 工业生产中适宜生产条件的选择思路 （1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。 （2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。 （3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。 （4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。 影响 因素 有利于加快反应速率的控制 有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度 不断补充反应物、及时分离出生成物 压强 高压(有气体参加) ΔV<0 高压 设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔV>0 低压 兼顾速率和平衡、选取适宜的压强 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，尽量采取高温并选取合适催化剂 催化剂 加合适的催化剂 无影响 加合适的催化剂， 考虑催化剂活性与温度关系 【归纳总结】 （1）化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制 （2）控制反应条件的基本措施 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 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 （3）催化剂的活性与“中毒” 催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。 1．下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 2．下列说法正确的是 A．吸热反应不可以自发进行 B．同种物质固态时，熵值最大 C．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 D．铁在潮湿的空气中生锈的过程是自发的 3．以下说法中正确的是 A．所有∆H<0的反应均是自发反应 B．高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程 C．冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程 D．自发进行的反应一定能迅速进行 4．下列说法正确的是 A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应 B．的反应一定能自发进行 C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数 D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅mol，逆反应的活化能为 kJ⋅mol，则 kJ⋅mol 5．下列说法正确的是 A．在常温下，放热反应能自发进行吸热反应不能自发进行 B．  ，能自发进行的原因是＞0 C．焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判断依据 D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 6．的催化氧化是生产硫酸的重要工艺之一，其反应为，下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下均能自发进行 B．加入催化剂，该反应的保持不变 C．压缩容器体积，活化分子百分数增大 D．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 7．下列反应在任何温度下都不能自发进行的是 A． B． C． D． 8．化学为我国航天事业的发展保驾护航。天和核心舱中有电解水和制水反应两步反应，制水反应为。下列有关说法错误的是 A．制水反应的 B．运载火箭使用的液氢燃料具有高能、无污染的特点 C．电解水反应的能量变化形式是电能转化为化学能 D．上述两步反应解决了核心舱中的来源、的清除和水的循环利用的问题 9．下列有关化学反应进行的方向和限度的说法中正确的是 A．，平衡时若增加A的物质的量，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增大，正反应速率增大，平衡正向移动 B．在常温下能自发进行，则该反应的 C．对于反应，起始充入等物质的量的A和B，达到平衡时A的体积分数为n%，此时若给体系加压则A的体积分数不变 D．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中，在恒定温度下发生分解反应：，的体积分数不再改变，则反应已达平衡 10．化学与生产生活密切相关，下列做法中是为了减慢反应速率的是 A．将食物放进冰箱 B．把煤块粉碎燃烧 C．合成氨使用催化剂 D．向炉膛内鼓风 11．化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是 A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 12．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列叙述正确的是 A．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量大于1mol氢分子所具有的能量 B．当v(CO2)=2v(CH3CH2OH)时，反应一定达到平衡状态 C．移去水蒸气，可增大正反应速率 D．恒压，充入惰性气体，化学反应速率增大 13．合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列说法正确的是 A．合成氨反应在任何温度下都能自发 B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJ C．合成氨实际生产中选择高压和低温 D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气 14．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是 A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎 B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100% 15．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 16．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物的排放。 （1）实现“节能减排”和“低碳经济”的项重要课题就是如何将转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：，如图所示为该反应过程中的能量变化： 下列关于该反应的说法正确的是_____________(填序号)。 A．，       B．， C．，       D．， （2）将煤加工成水煤气可降低污染并提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，反应方程式为，该反应的，。该反应在常温下_____________(填“能”或“不能”)自发进行。 17．某研究性学习小组研究了汽车尾气中的NO与CO的反应和某工业废气中的NO2与SO2的反应。回答下列问题： （1）一定温度下，向某容积为1 L的密闭容器中通入a mol NO、b mol CO，控制一定的条件使其发生反应：2NO(g)＋2CO(g) ⇌N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。测得NO的平衡转化率与温度、投料比X(X＝)的关系如图甲所示。 则T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反应开始至达到平衡(对应A点)所用的时间是2 min，则反应发生的2 min内N2的平均反应速率v(N2)＝________，A点对应的平衡常数K＝________(保留3位有效数字)。 （2）在固定体积的密闭容器中发生反应： NO2(g)＋SO2(g) ⇌SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1 使用某种催化剂，改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率。部分实验结果如图乙所示。 ①如果要将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是______________。 ②若A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min达到平衡状态，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。 ③若图乙中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。 18．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答： （1）在容积为2L的恒温密闭容器中加入0.1mol的N2和0.3mol的H2在一定条件下发生反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0，在5分钟时反应恰好达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.1mol。这段时间内用H2表示的反应速率为v(H2)=____。 （2）平衡后，若要再提高反应速率，且增大NH3的产率，可以采取的措施有____。(答一条即可) （3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____(填序号字母)。 A．容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1：3：2 B．v(H2)正=3v(N2)逆 C．混合气体的密度保持不变 D．容器内压强保持不变 （4）已知合成氨反应N2+3H2⇌2NH3在400℃时的平衡常数K=0.5(mol/L)-2。在400℃时，测得某时刻c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此时刻该反应的v正____v逆(填“>”“=”或“<”)。 （5）如图表示在恒压密闭容器中，不同温度下，达到平衡时NH3的体积百分数与投料比[]的关系。 由此判断KA、KB、KC的大小关系为：____。 ( 17 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有 学科网（北京）股份有限公司 $$