第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控（复习讲义）（浙江专用）2026年高考化学一轮复习讲练测

第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 化学反应的方向 知识点1自发过程与自发反应 知识点2焓变、熵变对化学反应方向影响 知识点3化学反应方向的复合判据 考向1 自发过程和自发反应 考向2 熵变 考向3 化学反应方向的判据 【思维建模】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 考点二 化学反应的调控 知识点1控制反应条件的目的及措施 知识点2工业合成氨条件的选择 考向1 合成氨反应适宜条件的选择 考向2 工业上选择适宜生产条件的原则 【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 04真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 化学反应的方向 选择题 非选择题 浙江1月卷T11，3分 浙江1月卷T，18(4) 浙江6月卷T19(5) —— 化学反应的调控 选择题 非选择题 —— —— 浙江1月卷T19(3) 浙江6月卷T19(6) 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，浙江选考中该知识点在选择题和非选择题运均有呈现，受题量所限，主要在化学反应原理综合中呈现，主要考查化学反应的熵变及反应进行的方向判断、化工生产中适宜条件的选择等。 2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查化学反应速率和化学平衡知识在生产中的应用，以选择化工生产条件。在选择题中，考查反应进行的方向，工业生产适宜条件的选择；在非选择题中，通过图像或表格提供信息，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。 复习目标： 1.结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。 2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。 3.初步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，培养证据推理与模型认知能力。 4.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。 5.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 知识点1 自发过程与自发反应 1．自发过程 (1)含义 在一定条件下，不需要__________________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_________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_________自发地转变为_________的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 (1)定义：在给定条件下，可以_________地进行到显著程度的化学反应。 (2)自发反应的特征 ①具有_________，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。 ②体系趋向于从_________状态转变为_________状态。 ③体系趋向于从_________转变为_________。 得分速记 (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焓变、熵变对化学反应方向影响 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．化学反应的方向与能量的关系 能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但_________决定反应能否自发进行的惟一因素。 (1)多数能自发进行的化学反应是_________反应。 例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热： 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(1)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol (2)有不少_________反应也能自发进行。 例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(1) ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol (3)有一些吸热反应在室温条件下_________自发进行，但在_________温度下则能自发进行。 例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol 结论：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 注意：①反应能量判据_________决定反应能否自发进行的惟一因素。②有些_________反应也能自发进行。 3．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。 知识点3化学反应方向的复合判据 1．复合判据：ΔH－TΔS_____0，反应正向自发进行 (1)适用条件：恒温恒压 (2)局限性：只能判断反应发生的可能性，不能判断反应是否实际发生 2．温度对反应方向的影响 (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： 3．反应自发进行的最低或最高温度的计算 (1)计算依据：△H－T△S≤0 ①若△S＞0，则T_______，为_________温度 ②若△S＜0，则T______，为_________温度 (2)注意单位的换算 ①△S的单位为：_________ ②△H的单位为：_________ ③T的单位为：_________ 4．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。 (1)不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。 (2)不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。 (3)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 (4)不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。 得分速记 (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)自发反应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)；有的需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。如：碳的燃烧需要点燃。 (3)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。 考向1 自发过程和自发反应 例1下列关于自发过程的叙述中，正确的是( ) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 C．非自发过程，改变温度也不能变为自发过程 D．能自发进行的反应不一定能迅速发生反应 【变式训练1·变载体】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式训练2·变考法】在常温常压下，下列属于自发过程的是( ) A．2C(s) + O2(g) = 2CO(g) B．NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) C．CH3COOH(l) = CH3COOH(s) D．2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72-(aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq) 【变式训练3·变载体】下列说法正确的是( ) A．放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．电解水为自发反应 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．W(s)＋xG(g)===2Q(g) ΔH＜0，能自发进行，x可能等于1 考向2 熵变 例2下列关于物质熵的大小比较合理的是( ) A．相同压强下，lmolH2O(50℃)>1molH2O(80℃) B．相同温度和压强下，1molCO2(g)<2molCO(g) C．标准状况下，1molSO2<lmolSO3 D．相同条件下，1mol单晶硅>1mol二氧化硅晶体 【变式训练1·变载体】下列对熵变的判断中不正确的是( ) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【变式训练2·变考法】在以下的变化中，体系的熵减小的是( ) A．冰熔化 B．乙烯聚合为聚乙烯 C．蔗糖在水中溶解 D．红磷转化成白磷 【变式训练3·变载体】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是( ) A．1molCH4(g)＜1molH2(g) B．1molH2O(g)＜2molH2O(g) C．1molH2O(s)＞1molH2O(l) D．1molC(s，金刚石)＞1molC(s，石黑) 考向3 化学反应方向的判据 例3(2025·浙江省温州市三模)CH3COOH在化工生产中具有非常高的经济价值。利用CO2、CH4直接合成CH3COOH的反应如下：CH4(g)＋CO2(g)=CH3COOH(g) ΔH＝+35.86kJ·mol−1。请回答： (1)该反应的自发性_______。 A．高温自发 B．低温自发 C．任意温度下自发 D．任意温度下不自发 思维建模 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 (1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，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。 (2)焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＋ ＋ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 － － 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 【变式训练1·变载体】(2025·浙江省绍兴市高三二模)工业上常用的合成氨的方法反应方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。请回答： (1)有关温度对该反应自发性的影响，下列说法正确的是_______。 A．高温自发 B．低温自发 C．任何温度下均自发 D．任何温度下均不自发 【变式训练2·变考法】 (2025·浙江省Z20名校联盟高三第二次联考)阿根廷科学家Mas Veronica等人利用Ni(Ⅱ)、Al(Ⅲ)层状复合催化剂进行了乙醇、水蒸气重整制氢的研究。其主要反应为： 反应I C2H5OH(g)＋3H2O(g)2CO2(g)＋6H2(g) ΔH1＝+173.3kJ·mol−1 反应Ⅱ C2H5OH(g)＋H2O(g)2CO(g)＋4H2(g) ΔH2＝+255.7kJ·mol−1 (1)反应I自发进行的条件是 。(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。 【逻辑思维与科学建模】【变式训练3】(2025·浙江省第一届NBchem三模)碳的单质及其化合物是重要而值得深入探讨的研究对象。请回答： (4)焦炭是重要的还原剂，比如用来提取金属Zn，其中一步反应在1200K下实现：反应(1) ZnO+C→Zn(g)+CO(g)。与碳有关的相关反应和其ΔG如下：反应(a)：C+O2CO2；反应(b)：2C+O22CO；反应(c)：2CO+O22CO2；反应(d)：2Zn+O22ZnO。 提示：ΔG=ΔH-TΔS；ΔG＜0，反应正向自发；ΔG＞0，反应逆向自发；ΔG=0，反应平衡。其中ΔS与混乱度有关，气体相对分子质量越大，结构越复杂，其相应的ΔS也越大。 ①解释为什么是在1200K下进行反应(1)，并说明产物为什么是CO 。 ②如果反应(1)的产物是CO2，温度需要达到 。 ③判断反应(a)的ΔH 0(填“>”、“＜”、“=”)，ΔS 0(填“>”、“＜”) ( ) 考点二 化学反应的调控 知识点1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_________ 得分速记 1．选择原则：反应速率快，产品含量高 (1)温度 ①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高 ②尽可能选择催化剂的最大温度 (2)压强 ①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大 ②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本 (3)催化剂 ①选用催化效率高的催化剂 ②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同 A+BC A+BD ③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性 (4)浓度：原料尽可能循环利用 ①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。 ②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。 (5)反应热的综合利用：一般采用热交换器 (6)反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率 知识点2工业合成氨条件的选择 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 工业合成氨的适宜条件 温度 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(_________MPa) 催化剂 适宜温度，_________℃ 浓度 使用铁触媒做_________剂(500℃左右时的活性最大) 2)问题讨论 (1)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。 (2)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。 考向1合成氨反应适宜条件的选择 例1(2025·浙江省第一届NBchem三模)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＝-92.4kJ·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N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 【变式训练1·变题型】(2025·浙江省绍兴市高三二模)(2)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_______。 A．升高温度有利于提高该反应的平衡转化率 B．当温度、压强一定时，原料中添加少量惰性气体，有利于加快反应速率 C．早期用低碳钢制备合成氨设备，高温高压下易受氢气的腐蚀而发生爆炸事故 D．原料气须经过干燥净化处理，可防止催化剂中毒 【变式训练2·变考法】氨是制造化肥的重要原料，如图为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( ) A．工业上制氮气一般用分离液态空气法 B．步骤②、③、④、⑤均有利于提高反应物的平衡转化率 C．步骤①中“净化”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒 D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性 【变式训练3·变题型】(2025·浙江省宁波市高三二模)研究发现，铁粉球磨法可实现温和条件(45℃、101kPa)合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，其反应过程如图所示，氨的体积分数可高达82.5%。 下列说法不正确的是( ) A．采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率和经济效益 B．合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应 C．过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，反应速率越快 D．过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞 考向2工业上选择适宜生产条件的原则 例2(2025·浙江省宁波市高三二模)烟气中SO2的去除及回收是一项重要的研究课题。一定条件下，用CO与高浓度烟气中SO2反应回收硫，发生如下反应：反应1：4CO(g)＋2SO2(g)S2(g)＋4CO2(g) ΔH。 (1)工业上为提高SO2吸收速率，下列措施合理的是_______。 A．加压增大原料气浓度 B．降低温度 C．及时分离出S2 D．改用更高效的催化剂 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 (1)化学反应适宜条件选择的思维流程 (2)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，又要注意二者影响的矛盾性，尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动 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，循环利用从而降低生产成本 从实际生产能力分析 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性 从催化剂的使用分析 ①防止催化剂中毒，增加乳化装置； ②温度对催化剂活性的影响； ③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本 【变式训练1·变载体】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是( ) A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好 B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度 D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用 【变式训练2·变考法】(2025·浙江省9+1高中联盟高三联考)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氨催化氧化制NO是工业制备硝酸的核心过程： 主反应：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)AH=-905kJ/mol 副反应：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)AH=-1268kJ/mol 而在雷电的作用下，氮气被氧气直接氧化成NO，最终转化成硝酸。 (2)在20个大气压、铁触媒的作用下，经历相同时间反应产物的产率和温度的关系如下表所示： t/℃产率% 450 550 650 750 800 850 900 950 1000 …… NO 19.0 37.5 62.5 81.5 96.5 96.5 93.1 85.5 73.0 …… N2 61.5 37.5 18.1 6.4 1.5 2.0 6.7 12.0 25.1 …… 下列说法不正确的是_______。 A．工业上进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃ B．活化能大小：主反应≤副反应 C．降温降压一定能提高NO的平衡产率 D．选择合适的催化剂，可以提高NO的选择性 16．【联系工业生产实际】【变式训练3】工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 1．(2025·浙江1月卷，18)二甲胺[(CH3)2NH]、N，N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。 (4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)＋CO(g)=HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。 2．(2025·浙江1月卷，11，3分)下列说法正确的是( ) A．常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象，则反应2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)在该条件下不自发 B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，升高温度，平衡逆移，则反应的平衡常数减小 C．CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g) ΔH＜0，则正反应的活化能大于逆反应的活化能 D．Na(s)+Cl2(g)=NaCl(s) ΔH1＜0，Na+(g)+Cl−(g)=NaCl(s) ΔH2＜0，则Na(s)+Cl2(g)=Na+(g)+Cl−(g) ΔH＜0 3．(2024·浙江6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为，) NaBH4(s)＋2H2O(l)= NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0 (5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知：是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比计算方法；当时，反应能自发进行。) I． II． III． 请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法，并注明 。(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为。) 4．(2023·浙江1月卷，19)“碳达峰•碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： I：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ，K1 II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 ， K2 (3)恒压、750℃时，CH4和CO2按物质的量之比1：3投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。 ①下列说法正确的是__________。 A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用 B．过程ii，CaO吸收CO2可促进Fe3O4氧化CO的平衡正移 C．过程ii产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程iii被排出 D．相比于反应I，该流程的总反应还原1mol CO2需吸收的能量更多 ②过程ii平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程iii，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因______________________________。 5．(2023·浙江6月卷，19)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4 (s)＋H2O(g)3Fe2O3 (s)＋H2(g) ΔH2 (3)下列说法正确的是______。 A．通入反应器的原料气中应避免混入O2 B．恒定水碳比[n (H2O)/ n(CO)]，增加体系总压可提高H2的平衡产率 C．通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe D．通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率 5 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 化学反应的方向 知识点1自发过程与自发反应 知识点2焓变、熵变对化学反应方向影响 知识点3化学反应方向的复合判据 考向1 自发过程和自发反应 考向2 熵变 考向3 化学反应方向的判据 【思维建模】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 考点二 化学反应的调控 知识点1控制反应条件的目的及措施 知识点2工业合成氨条件的选择 考向1 合成氨反应适宜条件的选择 考向2 工业上选择适宜生产条件的原则 【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 04真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 化学反应的方向 选择题 非选择题 浙江1月卷T11，3分 浙江1月卷T，18(4) 浙江6月卷T19(5) —— 化学反应的调控 选择题 非选择题 —— —— 浙江1月卷T19(3) 浙江6月卷T19(6) 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，浙江选考中该知识点在选择题和非选择题运均有呈现，受题量所限，主要在化学反应原理综合中呈现，主要考查化学反应的熵变及反应进行的方向判断、化工生产中适宜条件的选择等。 2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查化学反应速率和化学平衡知识在生产中的应用，以选择化工生产条件。在选择题中，考查反应进行的方向，工业生产适宜条件的选择；在非选择题中，通过图像或表格提供信息，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。 复习目标： 1.结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。 2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。 3.初步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，培养证据推理与模型认知能力。 4.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。 5.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 知识点1 自发过程与自发反应 1．自发过程 (1)含义 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，体系有从有序自发地转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 (1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。 (2)自发反应的特征 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。 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。 得分速记 (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焓变、熵变对化学反应方向影响 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．化学反应的方向与能量的关系 能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素。 (1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。 例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热： 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(1)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol (2)有不少吸热反应也能自发进行。 例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(1) ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol (3)有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。 例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol 结论：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 注意：①反应能量判据不是决定反应能否自发进行的惟一因素。②有些吸热反应也能自发进行。 3．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。 知识点3化学反应方向的复合判据 1．复合判据：ΔH－TΔS＜0，反应正向自发进行 (1)适用条件：恒温恒压 (2)局限性：只能判断反应发生的可能性，不能判断反应是否实际发生 2．温度对反应方向的影响 (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： 3．反应自发进行的最低或最高温度的计算 (1)计算依据：△H－T△S≤0 ①若△S＞0，则T≥，为最低温度 ②若△S＜0，则T≤，为最高温度 (2)注意单位的换算 ①△S的单位为：J·mol－1·K－1 ②△H的单位为：kJ·mol－1 ③T的单位为：K 4．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。 (1)不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。 (2)不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。 (3)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 (4)不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。 得分速记 (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)自发反应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)；有的需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。如：碳的燃烧需要点燃。 (3)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。 考向1 自发过程和自发反应 例1下列关于自发过程的叙述中，正确的是( ) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 C．非自发过程，改变温度也不能变为自发过程 D．能自发进行的反应不一定能迅速发生反应 【答案】D 【解析】A项，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；自发进行的反应也需要一定条件才可以发生，故A错误；B．有些自发进行的反应也需要反应条件，才能进行，如氢气和氧气需要点燃反应，故B错误；C．非自发过程，改变温度使△H-T△S＜0，故C错误；D．有些自发进行的反应也需要反应条件，才能进行，只有达到发生的条件才能发生反应，故D正确；故选D。 【变式训练1·变载体】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A项，红墨水浓度大于水，微粒向浓度低的方向扩散，是自发进行的物理过程，A不符合题意；B项，冰的熔点为0℃，水常温下是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理过程，B不符合题意；C项，水电解生成氢气和氧气，是强制发生的氧化还原反应，不能自发进行，C符合题意；D项，铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。 【变式训练2·变考法】在常温常压下，下列属于自发过程的是( ) A．2C(s) + O2(g) = 2CO(g) B．NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) C．CH3COOH(l) = CH3COOH(s) D．2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72-(aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq) 【答案】A 【解析】A项，2C(s) + O2(g) = 2CO(g)是熵增的放热反应，△H−T△S<0，属于自发过程，故A选；B项，NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)是熵增的吸热反应，温度较高时，△H−T△S<0，可以进行，故B不选；C项，CH3COOH(l) = CH3COOH(s)是熵减的吸热现象，在常温常压下，不能自发进行，故C不选；D项，氧化性Cr2O72-> Cl2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性规律可知，2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72- (aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq)不能发生，故D不选；故选A。 【变式训练3·变载体】下列说法正确的是( ) A．放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．电解水为自发反应 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．W(s)＋xG(g)===2Q(g) ΔH＜0，能自发进行，x可能等于1 【答案】D 【解析】大多数放热反应能自发进行，有些吸热反应也能自发进行，故A错误；电解水是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发反应，故B错误；反应能自发进行的判据是ΔH－TΔS<0，由反应方程式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，故C错误；反应ΔH<0，若x为1，ΔS>0，该反应一定能自发进行，故D正确。 考向2 熵变 例2下列关于物质熵的大小比较合理的是( ) A．相同压强下，lmolH2O(50℃)>1molH2O(80℃) B．相同温度和压强下，1molCO2(g)<2molCO(g) C．标准状况下，1molSO2<lmolSO3 D．相同条件下，1mol单晶硅>1mol二氧化硅晶体 【答案】B 【解析】A项，相同压强下，80℃下H2O分子运动速率较50℃大，混乱度比50℃大，熵较大，即相同压强下，lmolH2O(50℃)的熵<1molH2O(80℃)的熵，A错误；B项，2molCO(g)含有的分子数比1molCO2(g)多，相同温度和压强下，2molCO(g)的混乱度较大，故相同温度和压强下，1molCO2(g)的熵<2molCO(g)的熵，B正确；C项，标况下SO3是液体SO2是气体，1molSO2的熵大于lmolSO3的熵，C错误；D项，单晶硅由硅原子直接形成空间网状结构，二氧化硅由硅和氧形成空间网状结构，单晶硅中原子较二氧化硅中更有序，故相同条件下，1mol单晶硅的熵小于1mol二氧化硅晶体的熵，D错误；故选B。 【变式训练1·变载体】下列对熵变的判断中不正确的是( ) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【答案】C 【解析】食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增大的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增大的反应。 【变式训练2·变考法】在以下的变化中，体系的熵减小的是( ) A．冰熔化 B．乙烯聚合为聚乙烯 C．蔗糖在水中溶解 D．红磷转化成白磷 【答案】B 【解析】冰融化，水由固态变为液态，属于熵增变化，A错误；乙烯聚合为聚乙烯，正向气体减少，属于熵减反应，B正确；蔗糖在水中溶解，混乱程度增大，是熵增变化，C错误；红磷转化为白磷，混乱程度增大，是熵增变化，D错误；故选B。 【变式训练3·变载体】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是( ) A．1molCH4(g)＜1molH2(g) B．1molH2O(g)＜2molH2O(g) C．1molH2O(s)＞1molH2O(l) D．1molC(s，金刚石)＞1molC(s，石黑) 【答案】B 【解析】A项，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1molCH4(g)＞1molH2(g)，A错误；B项，相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值1molH2O(g)＜2molH2O(g)，B正确；C项，等量的同物质，熵值关系为：S(g)＞S(l)＞S(s)，所以熵值1molH2O(s)＜1molH2O(l)，C错误；D项，从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更紧凑，D正确。 考向3 化学反应方向的判据 例3(2025·浙江省温州市三模)CH3COOH在化工生产中具有非常高的经济价值。利用CO2、CH4直接合成CH3COOH的反应如下：CH4(g)＋CO2(g)=CH3COOH(g) ΔH＝+35.86kJ·mol−1。请回答： (1)该反应的自发性_______。 A．高温自发 B．低温自发 C．任意温度下自发 D．任意温度下不自发 【答案】(1)D 【解析】(1)由方程式可知，制备甲醇的反应为熵减的放热反应，低温条件下反应ΔH-TΔS<0，任意温度下不自发进行，故选D； 思维建模 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 (1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，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。 (2)焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＋ ＋ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 － － 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 【变式训练1·变载体】(2025·浙江省绍兴市高三二模)工业上常用的合成氨的方法反应方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。请回答： (1)有关温度对该反应自发性的影响，下列说法正确的是_______。 A．高温自发 B．低温自发 C．任何温度下均自发 D．任何温度下均不自发 【答案】(1)B 【解析】(1)合成氨反应为熵减的放热反应，自发时ΔH-TΔS＜0，则该反应为低温自发，选B； 【变式训练2·变考法】 (2025·浙江省Z20名校联盟高三第二次联考)阿根廷科学家Mas Veronica等人利用Ni(Ⅱ)、Al(Ⅲ)层状复合催化剂进行了乙醇、水蒸气重整制氢的研究。其主要反应为： 反应I C2H5OH(g)＋3H2O(g)2CO2(g)＋6H2(g) ΔH1＝+173.3kJ·mol−1 反应Ⅱ C2H5OH(g)＋H2O(g)2CO(g)＋4H2(g) ΔH2＝+255.7kJ·mol−1 (1)反应I自发进行的条件是 。(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。 【答案】(1)高温 【解析】(1)该反应△H>0，△S>0，根据△G=△H-T△S<0，反应自发，故该反应在高温下自发； 【逻辑思维与科学建模】【变式训练3】(2025·浙江省第一届NBchem三模)碳的单质及其化合物是重要而值得深入探讨的研究对象。请回答： (4)焦炭是重要的还原剂，比如用来提取金属Zn，其中一步反应在1200K下实现：反应(1) ZnO+C→Zn(g)+CO(g)。与碳有关的相关反应和其ΔG如下：反应(a)：C+O2CO2；反应(b)：2C+O22CO；反应(c)：2CO+O22CO2；反应(d)：2Zn+O22ZnO。 提示：ΔG=ΔH-TΔS；ΔG＜0，反应正向自发；ΔG＞0，反应逆向自发；ΔG=0，反应平衡。其中ΔS与混乱度有关，气体相对分子质量越大，结构越复杂，其相应的ΔS也越大。 ①解释为什么是在1200K下进行反应(1)，并说明产物为什么是CO 。 ②如果反应(1)的产物是CO2，温度需要达到 。 ③判断反应(a)的ΔH 0(填“>”、“＜”、“=”)，ΔS 0(填“>”、“＜”) 【答案】(4)在图1相关反应的ΔG—温度图中，在(d)，(b)两线交点所对应的温度下，反应(d)和反应(b)的ΔG相等，这时反应ZnO+C→Zn(g)+CO(g)的ΔG=0，这时温度大约是1200K，高于这个温度，反应(b)的ΔG小于反应(d)的ΔG，碳单质还原氧化锌的反应就可以自发进行了。由于此时温度小于T2，反应的产物当然是CO T2 ＜ > 【解析】(4)在图1相关反应的ΔG—温度图中，在(d)，(b)两线交点所对应的温度T1下，反应(d)和反应(b)的ΔG相等，这时反应ZnO+C→Zn(g)+CO(g)的ΔG=0，这时温度大约是1200K，高于这个温度，反应(b)的ΔG小于反应(d)的ΔG，碳单质还原氧化锌的反应就可以自发进行了，由于此时温度小于T2，反应的产物当然是CO；根据ΔG-T图，反应(1)若生成CO2，对应ΔG=0时温度为T2；C+O2=CO2是放热反应ΔH＜0；反应后气体分子数减少(混乱度减小)ΔS＞0； ( ) 考点二 化学反应的调控 知识点1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 得分速记 1．选择原则：反应速率快，产品含量高 (1)温度 ①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高 ②尽可能选择催化剂的最大温度 (2)压强 ①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大 ②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本 (3)催化剂 ①选用催化效率高的催化剂 ②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同 A+BC A+BD ③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性 (4)浓度：原料尽可能循环利用 ①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。 ②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。 (5)反应热的综合利用：一般采用热交换器 (6)反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率 知识点2工业合成氨条件的选择 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)问题讨论 (1)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。 (2)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。 考向1合成氨反应适宜条件的选择 例1(2025·浙江省第一届NBchem三模)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＝-92.4kJ·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N2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项，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项，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项，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项，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；故选C。 【变式训练1·变题型】(2025·浙江省绍兴市高三二模)(2)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_______。 A．升高温度有利于提高该反应的平衡转化率 B．当温度、压强一定时，原料中添加少量惰性气体，有利于加快反应速率 C．早期用低碳钢制备合成氨设备，高温高压下易受氢气的腐蚀而发生爆炸事故 D．原料气须经过干燥净化处理，可防止催化剂中毒 【答案】(2)CD 【解析】(2)A项，正反应放热，升高温度平衡左移，故升温不利于提高该反应的平衡转化率，A错误；B项，当温度、压强一定时，原料中添加少量惰性气体，容器体积扩大，反应相关各气体浓度同等幅度下降，反应速率下降，B错误；C项，早期用低碳钢制备合成氨设备，高温高压下易受氢气的腐蚀而导致金属设备的脆性和裂缝、会引发发生爆炸事故，C正确；D项，原料气中的杂质气体如硫、氯、磷、氧等化合物会对催化剂产生毒害作用，故原料气须经过干燥净化处理，可防止催化剂中毒，D正确；故选CD； 【变式训练2·变考法】氨是制造化肥的重要原料，如图为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( ) A．工业上制氮气一般用分离液态空气法 B．步骤②、③、④、⑤均有利于提高反应物的平衡转化率 C．步骤①中“净化”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒 D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性 【答案】B 【解析】A项，由于空气中最主要的两种气体是氮气和氧气，利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，由于液氮的沸点(-196摄氏度)比氧气的沸点(-183摄氏度)低，氮气首先从液态空气中蒸发出来，留下的就是液态氧气，工业上制氮气一般用分离液态空气法，故A正确；B．步骤③中催化剂不改变化学平衡，反应物的平衡转化率不变，又合成氨的反应为放热反应，升温平衡逆向移动，反应物的平衡转化率减小，故B错误；C．为防止催化剂中毒，反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故C正确；D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性，故D正确；故选B。 【变式训练3·变题型】(2025·浙江省宁波市高三二模)研究发现，铁粉球磨法可实现温和条件(45℃、101kPa)合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，其反应过程如图所示，氨的体积分数可高达82.5%。 下列说法不正确的是( ) A．采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率和经济效益 B．合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应 C．过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，反应速率越快 D．过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞 【答案】A 【解析】A项，采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率，成本增大不利于提供经济效益，A错误；B项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应可自发进行，合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应，B正确；C项，过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，N2的吸附率越高，反应速率越快，C正确；D项，由图示可知，过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞，D正确；故选A。 考向2工业上选择适宜生产条件的原则 例2(2025·浙江省宁波市高三二模)烟气中SO2的去除及回收是一项重要的研究课题。一定条件下，用CO与高浓度烟气中SO2反应回收硫，发生如下反应：反应1：4CO(g)＋2SO2(g)S2(g)＋4CO2(g) ΔH。 (1)工业上为提高SO2吸收速率，下列措施合理的是_______。 A．加压增大原料气浓度 B．降低温度 C．及时分离出S2 D．改用更高效的催化剂 【答案】(1)AD 【解析】(1)A项，加压增大原料气浓度，增大压强，反应速率加快，可以提高SO2吸收速率，A符合；B项，降低温度，反应速率减慢，SO2吸收速率降低，B不符合；C项，及时分离出S2不能增大反应速率，C不符合；D项，改用更高效的催化剂，可以增大反应速率，提高提高SO2吸收速率，D符合；故选AD； 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 (1)化学反应适宜条件选择的思维流程 (2)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，又要注意二者影响的矛盾性，尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动 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，循环利用从而降低生产成本 从实际生产能力分析 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性 从催化剂的使用分析 ①防止催化剂中毒，增加乳化装置； ②温度对催化剂活性的影响； ③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本 【变式训练1·变载体】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是( ) A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好 B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度 D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用 【答案】A 【解析】A项，在实际生产中为了增大二氧化硫的转化率通入稍过量的空气，若空气通入量过多，不仅会增大能源消耗、还会增大动力消耗、对设备的要求也高，A错误；B项，工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强，若压强过大，不仅会增大能源消耗、还会增大动力消耗、对设备的要求也高，B正确；C项，工业合成氨，400~500℃时催化剂的活性最大、有利于提高反应速率、提高氨气产量，故选择400~500℃的反应温度，C正确；D项，炼铁高炉的进风口设置在下端、固体从设备顶部加入，则有助于固体和气体充分接触、有利于燃料充分利用，D正确；故选A。 【变式训练2·变考法】(2025·浙江省9+1高中联盟高三联考)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氨催化氧化制NO是工业制备硝酸的核心过程： 主反应：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)AH=-905kJ/mol 副反应：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)AH=-1268kJ/mol 而在雷电的作用下，氮气被氧气直接氧化成NO，最终转化成硝酸。 (2)在20个大气压、铁触媒的作用下，经历相同时间反应产物的产率和温度的关系如下表所示： t/℃产率% 450 550 650 750 800 850 900 950 1000 …… NO 19.0 37.5 62.5 81.5 96.5 96.5 93.1 85.5 73.0 …… N2 61.5 37.5 18.1 6.4 1.5 2.0 6.7 12.0 25.1 …… 下列说法不正确的是_______。 A．工业上进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃ B．活化能大小：主反应≤副反应 C．降温降压一定能提高NO的平衡产率 D．选择合适的催化剂，可以提高NO的选择性 【答案】(2)BC 【解析】(2)A项，根据表格数据可知，800℃~850℃时NO的产率较高，则进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃，A正确；B项，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，根据表格可知，副反应的速率大于主反应，故副反应的活化能较小，B错误；C项，由于体系中两个反应的同时存在，压强的减小对两个反应的影响程度不同，有可能造成对副反应的影响更大，导致NO的选择性下降，C错误；D项，合适的催化剂可以提高反应的选择性，D正确。故选BC； 16．【联系工业生产实际】【变式训练3】工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 【答案】(1)CD (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压 不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点 【解析】(1)依据接触法制硫酸的工业流程和三个设备分析判断，二氧化硫的接触氧化是在接触室中发生的，A正确；设备C中用98.3%的H2SO4来吸收SO3的原因是：用水吸收易形成酸雾阻止三氧化硫的吸收，B正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率降低，实际上工业生产中采用较高的温度，是为了保证催化剂的活性和一定的化学反应速率，C错误；硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的，而不是利用SO3转化为H2SO4时放的热量，D错误；故选CD； (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压；不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点。 1．(2025·浙江1月卷，18)二甲胺[(CH3)2NH]、N，N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。 (4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)＋CO(g)=HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。 【答案】(4)＜ 【解析】(4)反应生产HCON(CH3)2的反应方程式(CH3)2NH(g)＋CO(g)=HCON(CH3)2(l)是一个某条件下反应自发且熵减，根据自由能变ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发可知，则反应在该条件下ΔH<0； 2．(2025·浙江1月卷，11，3分)下列说法正确的是( ) A．常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象，则反应2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)在该条件下不自发 B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，升高温度，平衡逆移，则反应的平衡常数减小 C．CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g) ΔH＜0，则正反应的活化能大于逆反应的活化能 D．Na(s)+Cl2(g)=NaCl(s) ΔH1＜0，Na+(g)+Cl−(g)=NaCl(s) ΔH2＜0，则Na(s)+Cl2(g)=Na+(g)+Cl−(g) ΔH＜0 【答案】B 【解析】A项，根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS，该反应ΔH＜0、ΔS＜0，温度较低时ΔG＜0，故低温能自发进行，A错误；B项，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆移，平衡常数减小，B正确；C项，该反应为放热反应，则E正-E逆＜0，则正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误；D项，①Na(s)+Cl2(g)=NaCl(s) ΔH1＜0，②Na+(g)+Cl−(g)=NaCl(s) ΔH2＜0，根据盖斯定律，反应①－反应②得到目标反应Na(s)+Cl2(g)=Na+(g)+Cl−(g)，则ΔH=ΔH1-ΔH2，由于不能明确ΔH1、ΔH2相对大小，则ΔH不能确定，D错误；故选B。 3．(2024·浙江6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为，) NaBH4(s)＋2H2O(l)= NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0 (5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知：是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比计算方法；当时，反应能自发进行。) I． II． III． 请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法，并注明 。(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为。) 【答案】(5) 【解析】(5)结合题干信息，要使得氢原子利用率为100%，可由(2×反应3)-(2×反应Ⅱ+反应Ⅰ)得，。 4．(2023·浙江1月卷，19)“碳达峰•碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： I：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ，K1 II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 ， K2 (3)恒压、750℃时，CH4和CO2按物质的量之比1：3投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。 ①下列说法正确的是__________。 A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用 B．过程ii，CaO吸收CO2可促进Fe3O4氧化CO的平衡正移 C．过程ii产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程iii被排出 D．相比于反应I，该流程的总反应还原1mol CO2需吸收的能量更多 ②过程ii平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程iii，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因______________________________。 【答案】(3)①BC ②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致c(CO2)/c(CO)增大，促进Fe还原CO2平衡正移 【解析】(3)①A项，根据流程可知，Fe3O4转化为Fe，Fe又转化为Fe3O4，Fe3O4可循环利用；CaCO3受热分解生成CaO和CO2， CaO又与CO2反应生成CaCO3，CaO也可循环利用，A错误；B项，过程ⅱ，CaO吸收CO2使CO2浓度降低，促进Fe3O4氧化CO的平衡正移，B正确；C项，过程ⅱCaO吸收CO2而产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出，C正确；D项，焓变只与起始物质的量有关，与过程无关，故相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量一样多，D错误；故选BC；②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致增大，促进Fe还原CO2平衡正移，故过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升； 5．(2023·浙江6月卷，19)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4 (s)＋H2O(g)3Fe2O3 (s)＋H2(g) ΔH2 (3)下列说法正确的是______。 A．通入反应器的原料气中应避免混入O2 B．恒定水碳比[n (H2O)/ n(CO)]，增加体系总压可提高H2的平衡产率 C．通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe D．通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率 【答案】(3)AC 【解析】(3) A项，一氧化碳和氢气都可以和氧气反应，则通入反应器的原料气中应避免混入O2，A正确；B项，该反应前后气体计量系数相同，则增加体系总压平衡不移动，不能提高平衡产率，B错误；C项，通入过量的水蒸气可以促进四氧化三铁被氧化为氧化铁，水蒸气不能将铁的氧化物还原为单质铁，但过量的水蒸气可以降低体系中CO和H2的浓度，从而防止铁的氧化物被还原为单质铁，C正确；D项，若保持容器的体积不变，通过充入惰性气体增加体系总压，反应物浓度不变，反应速率不变，D错误；故选AC； 6 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $$