第一章 第4讲 化学反应的方向与调控（Word教参）-【百汇大课堂】2026年高考化学选考总复习下册·第1轮（浙江专用）

第4讲　化学反应的方向与调控 课标引领 1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2．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。 3．知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 考点一　化学反应的方向 [对应学生用书P18] 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。 2．熵和熵变 (1)熵(S)是描述体系混乱程度的物理量，熵值越大，体系的混乱度越大。 (2)同一条件下，不同物质的熵值不同；同一物质在不同状态下的熵值不同，一般规律：S(g)＞S(l)＞S(s)。 (3)熵变(ΔS)：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应发生。 3．判断化学反应方向的判据 (1)在等温、等压条件下的封闭体系中，化学反应总是向着自由能(ΔG＝ΔH－TΔS)减小的方向进行，直至达到平衡状态。 (2)一般低温时ΔH的影响为主，高温时ΔS的影响为主，而温度影响的大小要视ΔH、ΔS的具体数值而定。 考向一　判断化学反应进行的方向 [例1] (1)(经典高考题，节选)含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2： Cu(s)＋2H2SO4(l)===CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－11.9 kJ/mol 判断该反应的自发性并说明理由：__________________________________________。 (2)(2022·浙江6月选考卷，节选)热解H2S制H2。根据文献，将H2S和CH4的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料，另一边出料)，发生如下反应： Ⅰ .2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH1＝＋170 kJ/mol Ⅱ .CH4(g)＋S2(g)CS2(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋64 kJ/mol 总反应： Ⅲ .2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g)。反应 Ⅲ 能自发进行的条件是________。 答案：(1)不同温度下都能自发，ΔH<0，ΔS>0 (2)高温 解析：(1)该反应ΔS>0，ΔH<0，所以任意温度下，ΔH－TΔS都小于0，说明任意温度下反应都自发进行。 (2)根据盖斯定律可知，反应 Ⅰ＋反应 Ⅱ 即得到反应 Ⅲ ：2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g)的ΔH＝＋234 kJ/mol，说明反应 Ⅲ 是气体体积增大(即ΔS>0)的吸热反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0反应自发进行可知，反应 Ⅲ 自发进行的条件是高温。 温度对反应进行方向的影响 当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系如图所示： [练1] 下列关于化学反应方向及其判据的说法，正确的是(　　) A．1 mol SO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)] B．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) 　ΔH＝－77.6 kJ/mol，常温下该反应不能自发进行 C．放热反应都可以自发进行，吸热反应都不能自发进行 D．反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)在较高温度下能自发进行，是该反应ΔS的影响为主 答案：D 考点二　化学反应的调控 [对应学生用书P19] 1．化工生产适宜条件的选择 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反应速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加廉价易得原料，提高高价难得原料的利用率，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影响 2.化学反应条件的控制 (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，可以增大化学反应速率，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，可以减小化学反应速率，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。 3．工业合成氨反应条件的选择 (1)理论分析 ①反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol。 ② ③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件 (2)工业生产实际条件 温度 压强 投料比 [] 催化剂 其他条件 400～ 500 ℃ 10 MPa ～ 30 MPa 以铁触媒 作催化剂 采用循 环操作 考向二　化工生产中反应条件的控制 [例2] (2022·浙江1月选考卷，节选)工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答： (1)水煤气反应：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131 kJ/mol。工业生产水煤气时，通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是____________________________ ________________________________________________________________________。 (2)一氧化碳变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) 　ΔH＝－41 kJ/mol。 ①生产过程中，为了增大变换反应的速率，下列措施合适的是________。 A．反应温度愈高愈好 B．适当提高反应物压强 C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的氮气 ②以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量­反应过程如图所示。 用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：步骤 Ⅰ ： ________________________________________________________________________； 步骤 Ⅱ ：______________________________________________________。 答案：(1)水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于增大化学反应速率 (2)①BC　②M＋H2O===MO＋H2　MO＋CO===M＋CO2 解析：(1)由于水蒸气与煤炭反应吸热，会引起体系温度的下降，从而导致反应速率变小，不利于反应的进行，通入空气，利用煤炭与O2反应放热从而维持体系温度平衡，维持反应速率。 (2)①反应温度过高，会引起催化剂失活，导致反应速率变小，A错误；适当增大压强，可增大反应速率，B正确；选择合适的催化剂，有利于增大反应速率，C正确；若为恒容条件，通入氮气对反应速率无影响，若为恒压条件，通入氮气后，容器体积变大，反应物浓度减小，反应速率变小，D错误。 ②水分子首先被催化剂吸附，根据元素守恒推测第一步产生H2，第二步吸附CO产生CO2，对应反应历程依次为M＋H2O===MO＋H2、MO＋CO===M＋CO2。 [练2] (2022·辽宁卷，节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol　ΔS＝－200 J/(K·mol)。回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。 (2)________温(填“高”或“低”，下同)有利于增大反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案一：双温­双控­双催化剂。使用Fe ­TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃)。 下列说法正确的是________。 a．氨在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率 b．N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于增大合成氨反应速率 c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率 d．“冷Ti”低于体系温度，有利于增大合成氨反应速率 (4)方案二：M­LiH复合催化剂。 下列说法正确的是________。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 答案：(1)能　(2)高　低　(3)ab　(4)a [对应学生用书P21] 1．(2024·浙江七彩阳光联盟联考)下列对于化学反应方向说法正确的是(　　) A．反应 2A(g)＋B(g)===3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0 B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则有ΔH<0 C.反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0 答案：B 2．(2024·浙江金丽衢十二校联考)放热反应可认为是化学反应(体系)将释放的能量传递给了周围的环境，导致环境的熵增加，增加的熵与焓变之间存在关系：ΔS环境＝－。当ΔS体系＋ΔS环境>0时，反应能自发进行。已知反应：A(g)＋B(g)===C(s)　ΔH＝－176 kJ/mol，ΔS＝－284 J/(mol·K)，下列说法正确的是(　　) A．该反应在任意温度下都能自发进行 B．该反应在任意温度下都不能自发进行 C．T＝298 K时该反应能自发进行 D．T＝298 K时该反应不能自发进行 答案：C 3．对于常温下发生的反应： 2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/mol，ΔS＝－70 kJ/(K·mol)，下列说法正确的是(　　) A．该反应是放热、熵增的反应 B．可根据计算ΔH－TΔS是否小于0，判断常温下该反应是否自发反应 C．由于反应需要“点燃”条件，因此可推断该反应在该条件下不是自发反应 D．该反应中的“点燃”条件，使反应从非自发反应变成自发反应，因此可以看到产生水珠的现象 答案：B 4．(2024·浙江金丽衢十二校联考)在298 K和100 kPa下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度如下表： 物质 S/[J/(K·mol)] ΔH/(kJ/mol) ρ/(kg/m3) C(金刚石) 2.4 －395.40 3 513 C(石墨) 5.7 －393.51 2 260 此条件下，对于反应C(石墨，s)―→C(金刚石，s)，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 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 5．(2022·浙江1月选考卷)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 6．(2023·浙江6月选考卷，节选)水煤气变换反应[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)]是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。 (1)在催化剂活性温度范围内，图2中b－c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是________。 A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热 (2)在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速放热)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)A　(2)温度过高时，不利于反应物分子在催化剂表面的吸附，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小；温度过高还会导致催化剂的活性降低，从而使化学反应速率减小 解析：(1)按原水碳比通入冷的原料气，可以降低温度，同时化学反应速率稍减小，导致CO的转化率稍减小，A正确；喷入冷水(蒸气)，可以降低温度，但是同时水蒸气的浓度增大，会导致CO的转化率增大，与图中变化不符，B错误；通过热交换器换热，可以降低温度，导致CO的转化率增大，与图中变化不符，C错误。 [课时提升训练(4)见P163] 学科网（北京）股份有限公司 $$