专题04 化学反应的方向 化学反应的调控（知识清单）（全国通用）2026年高考化学一轮复习讲练测

专题04 化学反应的方向 化学反应的调控 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】化学反应的方向 【知能解读02】化学反应的调控——工业上合成氨 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】判断化学反应的自发性 【重难点突破02】工业生产中化学反应条件的选择 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】化学反应的方向和调控易混易错点 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】化学平衡原理在工业生产中的应用 01 化学反应的方向 1．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)特征： ①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发，如：铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的。 ②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。 ③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 (3)判断： ①根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。 ②根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。 (4)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。 2．熵和熵变的含义 (1)熵的含义 度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。 同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种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 ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。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)自由能与焓变、熵变的关系 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。 (2)反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 ①当ΔG＜0时，反应能自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 【跟踪训练】 1．下列说法正确的是(　　) A．非自发反应一定不能实现 B．同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大 C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 D．恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行 答案　C 解析　反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，非自发反应在改变条件时可以发生，选项A错误；熵是指体系的混乱度，同种物质熵值：气态>液态>固态，选项B错误；反应能自发进行说明：ΔH－TΔS＜0，由化学方程式NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)可知该反应的ΔS＜0，要使ΔH－TΔS＜0，必须满足ΔH＜0，选项C正确；恒温恒压下，ΔH＜0且ΔS＞0的反应的ΔH－TΔS＜0，反应一定可以自发进行，选项D错误。 2．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化： 下列关于该反应的说法中，正确的是( ) A．ΔH>0，ΔS>0 B.ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D.ΔH<0，ΔS>0 答案 C 解析　根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热，ΔH<0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS<0。 3．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH______0(填“＞”“＜”或“＝”)。理由是____________________________________________________。 (3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。 答案　(1)不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，反应不可能自发进行　(2)＜　该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0　(3)高温 02 化学反应的调控——工业上合成氨 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 (1)可逆性：反应为可逆反应 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 原理分析：根据合成氨反应的特点，利用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。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 高压 温度 高温 低温 兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性 催化剂 使用 无影响 使用 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 3．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 液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用[n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8] 【跟踪训练】 1．（2025·浙江·模拟预测）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下面说法正确的是( ) A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 答案 C 解析 A．合成氨选择400～500℃，既考虑温度对速率的影响（加快反应速率），也考虑催化剂（铁触媒）的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑速率， A错误；B．及将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低了，反应速率会减慢，不是加快，B错误；C．增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20MPa左右可节省设备成本，C正确；D．直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误；故答案选C。 2．（2024·上海徐汇·模拟预测）冶铜烟气可以作为工业制硫酸为原料。下列的说法正确的是( ) A．500℃左右，转化器中反应的平衡转化率最大 B．使用以铁为主的催化剂 C．冶炼烟气在进入转化器之前，必须进行除尘、干燥等净化操作，防止催化剂中毒 D．压强一般采用20~50MPa 答案 C 【分析】冶铜烟气中含有二氧化硫气体，二氧化硫净化后转化为三氧化硫，三氧化硫与水反应制得硫酸。 解析 A．转化器中二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫，该反应是放热反应，低温时平衡转化率比较大，500℃左右该反应的平衡转化率不是最大的，A错误；B．由于硫酸与铁能够发生反应，不能使用以铁为主的催化剂，B错误；C．冶炼烟气在进入转化器之前，必须进行除尘、干燥等净化操作，防止催化剂中毒，C正确；D．工业制硫酸用浓硫酸吸收三氧化硫，产物是液体，无需高压反应，D错误；故选C。 3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是__________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是__________________________________________ ___________________________________________________________。 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是________________________________。 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是________________________________________。 (5)尾气中SO2必须回收，原因是_________________________________。 答案：(1)450 ℃、10 MPa (2)在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2转化率会降低 (3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本　(4)增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率 (5)防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可) 01 判断化学反应的自发性 判断化学反应自发性的方法 焓变(ΔH) 熵变(ΔS) 反应在某状况下能否自发进行 ＜0 ＞0 能自发进行 ＞0 ＜0 不能自发进行 ＜0 ＜0 取决于温度，低温自发 ＞0 ＞0 取决于温度，高温自发 【跟踪训练】 1．恒容绝热的密闭容器中充入反应物，在一定条件下分别发生四个不同的反应，平衡常数与压强随反应进行变化情况合理，且在高温下能自发进行的是(　　) 答案　A 解析　若为吸热反应，ΔH>0，随着反应进行，温度降低，K减小；p增大，说明气体物质的量增多，ΔS>0，因此高温下能自发进行，p减小，反应不能自发进行。若为放热反应，ΔH<0，随着反应进行，温度升高，K减小；p增大，任何条件都能自发进行，p减小，低温下能自发进行。 2．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　强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如NaHCO3等，故在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度增加，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，故整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS>0，反之，熵减，即ΔS<0。综上所述，D项符合题意。 3．已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则 (1)该反应 不能　(填“能”或“不能”)正向自发进行。 (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为 1 111.6 K　(保留小数点后一位)。 (1)不能 (2)1 111.6 K 解析　(1)ΔG＝ΔH－TΔS＝＋178.3 kJ·mol－1－298.15 K×(＋160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1)≈130.5 kJ·mol－1>0，所以该反应不能正向自发进行。 (2)根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应可正向自发进行，则有T>≈1 111.6 K。 02 工业生产中化学反应条件的选择 化学反应适宜条件选择的思维流程 【跟踪训练】 1．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　) A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 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，无需考虑设备、条件 答案 B 解析 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离，再将未反应的N2、H2循环利用，可使氨的产率较高，A项错误、B项正确；合成氨工业选择400～500 ℃的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择10～30 MPa，D项错误。 2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)M(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廉价易得，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 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。 01 化学反应的方向和调控易混易错点 (1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 (2)一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气。 (3)判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。 (4)同一物质在不同状态下熵值规律是S(g)>S(l)>S(s)。 (5)在用判据ΔH－TΔS判断时要注意ΔH与ΔS的单位的差别，需要转换。 (6)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 (7)复合判据ΔH－TΔS<0的反应不一定能够实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。 【跟踪训练】 易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同(　×　) (2)非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(　√　) (3)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(　×　) (4)需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应(　×　) (5)ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(　×　) (6)一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(　√　) (7)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0(　√　) 01 化学平衡原理在工业生产中的应用 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，又不能过慢 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 注意催化剂的活性对温度的限制 2．平衡类问题需考虑的几个方面 (1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。 (4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)参加反应的物质的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对多平衡体系的影响。 【跟踪训练】 1．工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是(　　) A．由图甲可知，x小于0.1 B．由图乙可知，丁烯产率先增大后减小，减小的原因是氢气是产物之一，随着增大，逆反应速率减小 C．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动 D．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物 答案　B 解析　增大压强，平衡逆向移动，则丁烯的平衡转化率减小，结合图像可知，x小于0.1，A项正确；加入氢气，平衡逆向移动，丁烯产率上升的可能原因是通入的H2对催化剂有活化作用，减小的原因是氢气是产物之一，而随着增大，逆反应速率增大，B项错误。 2．乙烯是石油化工最基本的原料之一。 (1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯：C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0。提高乙烷平衡转化率的措施有_______________________、___________________。 (2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度，减少积碳。涉及如下反应： a．2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＜0 b．2C2H6(g)＋5O2(g)4CO(g)＋6H2O(g)　ΔH3＜0 c．C2H4(g)＋2O2(g)2CO(g)＋2H2O(g)　ΔH4＜0 氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化，需要寻找催化剂降低反应________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判断的依据是_______________________________。 (3)常压下，在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制备乙烯，体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。 ①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是_________________________________。 ②在570～600 ℃温度范围内，下列说法正确的是________(填字母)。 A．C2H4产率随温度升高而增大 B．H2O的含量随温度升高而增大 C．C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大 D．此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率 答案　(1)减小压强　升高温度(或及时移出生成物) (2)a　制备的目标产品是C2H4，b、c均为副反应，应加快反应a的反应速率 (3)①反应a、c是放热反应，升高温度，a反应平衡逆向移动程度较大　②BD 解析　(1)C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0，该反应是气体体积增大的吸热反应，提高乙烷平衡转化率的措施有减小压强、升高温度或及时移出生成物。 (3)①分析反应a、c都为放热反应，升高温度，两者反应平衡均逆向移动，但反应a平衡逆向移动的程度较大，则乙烯的物质的量百分数降低。 ②根据图中信息，C2H4产率随温度升高而降低，故A错误；乙烷转化率增大，生成水的量增大，而乙烯量减小，说明发生反应c，水的量增大，因此H2O的含量随温度升高而增大，故B正确；根据图中信息C2H6转化率增大，则C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而降低，故C错误；根据图中信息，CO在较高温度时含量较大，因此该催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率，故D正确。 3．（2024高三上·四川成都·专题练习）丙烷价格低廉且产量大，而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值，因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。 方法(一)热裂解法：反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)  C3H6(g)+H2(g) (1)在25℃、101kPa条件下，几种物质的燃烧热如表所示： 物质 C3H8(g) C3H6(g) H2(g) 燃烧热/(kJ/mol) -2219.9 -2049 -286 ΔH= kJ/mol，该反应正向自发进行的条件为 (填“高温”“低温”或“任何温度”)。 (2)下列关于反应Ⅰ的说法正确的是___________(填标号) A．恒温恒容下，向体系中加入惰性气体，压强增大，反应速率加快 B．恒温恒压下，气体的密度不变，表明对于反应Ⅰ达到平衡状态 C．C3H8的消耗速率与C3H6的生成速率相等，反应Ⅰ达平衡 D．其他条件相同，反应Ⅰ分别在恒容和恒压时进行，后者丙烷的平衡转化率更高 (3)发生反应Ⅰ时，易发生副反应C3H8(g)  C2H4(g)+CH4(g)，将2mol丙烷通入反应器，在T℃、100kPa条件下进行反应，测得平衡体系中C3H8与CH4的体积分数分别为40%和4%，则丙烷的转化率为 ，反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(计算结果保留到小数点后面1位)。 方法(二)氧化裂解法：反应Ⅱ：2C3H8(g)+O2 2C3H6(g)+2H2O (4)反应Ⅱ属于自由基反应，其反应历程如下： ①C3H8+O2→·C3H7+HO2· ②…… ③H2O2→2HO· ④2HO·→O2+H2O 第②步反应的方程式为 ；从平衡移动角度解释氧化裂解法制备丙烯的趋势远大于热裂解的原因是 。 (5)CO2是一种温和的氧化剂，研究人员尝试利用CO2代替O2氧化丙烷脱氢制丙烯。从产率角度分析，CO2代替O2的优点是 。 答案 (1)+115.1 高温 (2)BD (3)42.9%或 16.9 (4)·C3H7+HO2·→H2O2+C3H6 氧气与热裂解的氢气氢气反应生成水，使平衡正向进行，反应趋势增大 (5)氧气氧化性强，易氧化C3H8、C3H6，使产率下降或CO2是一种温和的氧化剂，不与氧化C3H8、C3H6 解析 （1）C3H8燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)  ΔH=-2219.9kJ/mol…… ① ，C3H6燃烧热的热化学方程式为C3H6(g)+O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-2049kJ/mol……②，H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)=H2O(l)  ΔH=-286kJ/mol……③，根据盖斯定律可知，①－②－③可以得出目标反应方程式，即ΔH=[(-2219.9)－(－2049)－(－286)]kJ/mol=+115.1kJ/mol；根据复合判据ΔG=ΔH－TΔS，该反应ΔH＞0，ΔS＞0，因此能够自发进行，需要在高温下；故答案为+115.1；高温； （2）A．恒温恒容下，向体系中加入惰性气体，虽然压强增大，但C3H8、C3H6、H2浓度不变，因此反应速率不变，故A错误；B．该反应是气体体积增大的反应，组分都是气体，则混合气体质量不变，依据密度的定义，当混合气体密度不变，说明反应达到平衡，故B正确；C．消耗C3H8，生成C3H6反应均向正反应方向进行，因此当它们速率不变时，不能说明反应达到平衡，故C错误；D．该反应是气体物质的量增大的反应，恒压条件下反应正向进行程度更高，故D正确；故答案为BD； （3）C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)和C3H8(g) C2H4(g)+CH4(g)，令生成氢气物质的量为amol，生成甲烷的物质的量为bmol，达到平衡时，甲烷的体积分数为=4%，丙烷的体积分数为=40%，解得a=mol，b=mol，C3H8的转化率为≈42.9%，另一种方法是：根据两个反应可知，nC2H4%=nCH4%=4%，平衡时nC3H8%=40%，推出nC3H6%=nH2%=26%，C3H8的转化率为≈42.9%或；反应Ⅰ的平衡常数Kp==16.9；故答案为42.9%或；16.9； （4）根据历程反应可知，·C3H7、HO2·是第二步的反应物，H2O2是第二步的生成物，根据总反应方程式推出C3H6为第二步的生成物，因此第二步的方程式为·C3H7+HO2·→H2O2+C3H6；氧化裂解法中有氧气参与反应，氧气能与热裂解法中的氢气反应生成水，促使平衡正向移动，反应趋势增大；故答案为·C3H7+HO2·→H2O2+C3H6；氧气与热裂解的氢气氢气反应生成水，使平衡正向进行，反应趋势增大； （5）氧气的氧化性很强，能氧化C3H8、C3H6，使产率下降，而CO2是一种温和的氧化剂，不与氧化C3H8、C3H6，故答案为氧气氧化性强，易氧化C3H8、C3H6，使产率下降或CO2是一种温和的氧化剂，不与氧化C3H8、C3H6。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 化学反应的方向 化学反应的调控 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】化学反应的方向 【知能解读02】化学反应的调控——工业上合成氨 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】判断化学反应的自发性 【重难点突破02】工业生产中化学反应条件的选择 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】化学反应的方向和调控易混易错点 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】化学平衡原理在工业生产中的应用 01 化学反应的方向 1．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)特征： ①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下______不自发，如：铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的。 ②体系趋向于从______状态转变为______状态。 ③体系趋向于从______体系转变为______体系。 (3)判断： ①根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要______施加外力(如加热等)。 ②根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定______；若逆向过程不自发，则正向过程一定______。 (4)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______。如：通电将水分解为H2和O2。 2．熵和熵变的含义 (1)熵的含义 度量体系___________的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度______。 同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种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 ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应__________。 3．自由能与化学反应的方向 (1)自由能与焓变、熵变的关系 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与______有关。 (2)反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能______的方向进行，直到体系达到平衡。 ①当ΔG＜0时，反应______自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于____________； ③当ΔG＞0时，反应______自发进行。 【跟踪训练】 1．下列说法正确的是(　　) A．非自发反应一定不能实现 B．同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大 C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 D．恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行 2．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化： 下列关于该反应的说法中，正确的是( ) A．ΔH>0，ΔS>0 B.ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D.ΔH<0，ΔS>0 3．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH______0(填“＞”“＜”或“＝”)。理由是____________________________________________________。 (3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。 02 化学反应的调控——工业上合成氨 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 (1)可逆性：反应为______反应 (2)体积变化：正反应是气体体积______的反应 (3)焓变：ΔH______0，熵变：ΔS______0 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS______0，______自发进行 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 原理分析：根据合成氨反应的特点，利用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。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 温度 高温 低温 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3．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 液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用[n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8] 【跟踪训练】 1．（2025·浙江·模拟预测）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下面说法正确的是( ) A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 2．（2024·上海徐汇·模拟预测）冶铜烟气可以作为工业制硫酸为原料。下列的说法正确的是( ) A．500℃左右，转化器中反应的平衡转化率最大 B．使用以铁为主的催化剂 C．冶炼烟气在进入转化器之前，必须进行除尘、干燥等净化操作，防止催化剂中毒 D．压强一般采用20~50MPa 3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是__________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是__________________________________________ ___________________________________________________________。 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是________________________________。 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是________________________________________。 (5)尾气中SO2必须回收，原因是_________________________________。 01 判断化学反应的自发性 判断化学反应自发性的方法 焓变(ΔH) 熵变(ΔS) 反应在某状况下能否自发进行 ＜0 ＞0 能自发进行 ＞0 ＜0 不能自发进行 ＜0 ＜0 取决于温度，低温自发 ＞0 ＞0 取决于温度，高温自发 【跟踪训练】 1．恒容绝热的密闭容器中充入反应物，在一定条件下分别发生四个不同的反应，平衡常数与压强随反应进行变化情况合理，且在高温下能自发进行的是(　　) 2．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 3．已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则 (1)该反应 不能　(填“能”或“不能”)正向自发进行。 (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为 1 111.6 K　(保留小数点后一位)。 02 工业生产中化学反应条件的选择 化学反应适宜条件选择的思维流程 【跟踪训练】 1．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　) A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 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，无需考虑设备、条件 2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)M(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廉价易得，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 01 化学反应的方向和调控易混易错点 (1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 (2)一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气。 (3)判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。 (4)同一物质在不同状态下熵值规律是S(g)>S(l)>S(s)。 (5)在用判据ΔH－TΔS判断时要注意ΔH与ΔS的单位的差别，需要转换。 (6)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 (7)复合判据ΔH－TΔS<0的反应不一定能够实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。 【跟踪训练】 易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同(　　) (2)非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(　　) (3)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(　　) (4)需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应(　　) (5)ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(　　) (6)一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(　　) (7)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0(　　) 01 化学平衡原理在工业生产中的应用 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，又不能过慢 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 注意催化剂的活性对温度的限制 2．平衡类问题需考虑的几个方面 (1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。 (4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)参加反应的物质的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对多平衡体系的影响。 【跟踪训练】 1．工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是(　　) A．由图甲可知，x小于0.1 B．由图乙可知，丁烯产率先增大后减小，减小的原因是氢气是产物之一，随着增大，逆反应速率减小 C．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动 D．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物 2．乙烯是石油化工最基本的原料之一。 (1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯：C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0。提高乙烷平衡转化率的措施有_______________________、___________________。 (2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度，减少积碳。涉及如下反应： a．2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＜0 b．2C2H6(g)＋5O2(g)4CO(g)＋6H2O(g)　ΔH3＜0 c．C2H4(g)＋2O2(g)2CO(g)＋2H2O(g)　ΔH4＜0 氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化，需要寻找催化剂降低反应________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判断的依据是_______________________________。 (3)常压下，在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制备乙烯，体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。 ①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是_________________________________。 ②在570～600 ℃温度范围内，下列说法正确的是________(填字母)。 A．C2H4产率随温度升高而增大 B．H2O的含量随温度升高而增大 C．C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大 D．此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率 3．（2024高三上·四川成都·专题练习）丙烷价格低廉且产量大，而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值，因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。 方法(一)热裂解法：反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)  C3H6(g)+H2(g) (1)在25℃、101kPa条件下，几种物质的燃烧热如表所示： 物质 C3H8(g) C3H6(g) H2(g) 燃烧热/(kJ/mol) -2219.9 -2049 -286 ΔH= kJ/mol，该反应正向自发进行的条件为 (填“高温”“低温”或“任何温度”)。 (2)下列关于反应Ⅰ的说法正确的是___________(填标号) A．恒温恒容下，向体系中加入惰性气体，压强增大，反应速率加快 B．恒温恒压下，气体的密度不变，表明对于反应Ⅰ达到平衡状态 C．C3H8的消耗速率与C3H6的生成速率相等，反应Ⅰ达平衡 D．其他条件相同，反应Ⅰ分别在恒容和恒压时进行，后者丙烷的平衡转化率更高 (3)发生反应Ⅰ时，易发生副反应C3H8(g)  C2H4(g)+CH4(g)，将2mol丙烷通入反应器，在T℃、100kPa条件下进行反应，测得平衡体系中C3H8与CH4的体积分数分别为40%和4%，则丙烷的转化率为 ，反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(计算结果保留到小数点后面1位)。 方法(二)氧化裂解法：反应Ⅱ：2C3H8(g)+O2 2C3H6(g)+2H2O (4)反应Ⅱ属于自由基反应，其反应历程如下： ①C3H8+O2→·C3H7+HO2· ②…… ③H2O2→2HO· ④2HO·→O2+H2O 第②步反应的方程式为 ；从平衡移动角度解释氧化裂解法制备丙烯的趋势远大于热裂解的原因是 。 (5)CO2是一种温和的氧化剂，研究人员尝试利用CO2代替O2氧化丙烷脱氢制丙烯。从产率角度分析，CO2代替O2的优点是 。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $$