第46讲 化学反应的方向与调控-【优化探究】2026高考化学一轮复习高考总复习配套课件（苏教版）

优化探究 大单元四　化学反应原理 专题11　化学反应速率与化学平衡 第46讲　化学反应的方向与调控　 1 [导航·复习目标]　1.了解熵、熵变的含义，会用复合判据判断反应进行的方向。2.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 2 考点一　化学反应的方向 考点二　化学反应的调控——工业合成氨 练真题 明考向 课时作业46　化学反应的方向与调控 3 考点一　化学反应的方向 4 1.自发反应 在一定条件下能自动进行的反应称为自发反应。 2.熵、熵变 (1)熵是衡量一个体系________度的物理量，符号为S。 (2)影响熵大小的因素 ①相同条件下，物质不同熵不同。 ②同一物质：S(g) ________S(l) ________S(s)。 (3)熵变=生成物的总熵－反应物的总熵。 梳理 必备知识 混乱 ＞ ＞ 5 3.化学反应进行方向的判据 ΔG=ΔH－TΔS 当ΔG＜0时，反应________进行； 当ΔG=0时，反应______________； 当ΔG＞0时，反应__________进行。 能自发 处于平衡状态 不能自发 6 (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。(　　) × √ × × × √ √ 7 1.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)，该反应过程中能量的变化 如图，下列关于该反应的说法正确的是(　　) A.ΔH＞0，ΔS＞0　　　 B.ΔH＞0，ΔS＜0 C.ΔH＜0，ΔS＞0 D.ΔH＜0，ΔS＜0 提升 关键能力 D 解析：由方程式可知，该反应的ΔS＜0，由题图可知该反应的ΔH＜0，D项正确。 8 2.在C和O2的反应体系中： 反应①：C(s)＋O2(g)====CO2(g)　ΔH1=－394 kJ·mol－1 反应②：2CO(g)＋O2(g)====2CO2(g)　ΔH2=－566 kJ·mol－1 反应③：2C(s)＋O2(g)====2CO(g)　ΔH3 设y=ΔH－TΔS，反应①、②和③的 y随温度T的变化关系如图所示。图 中对应于反应③的线条是________ (填“a”“b”或“c”)。  a 解析：反应③为熵增反应，ΔS＞0，则直线y=ΔH－TΔS的斜率为负值，图中对应于反应③的线条为a。 9 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，该设想能否实现? ________(填“能”或“否”)，依据是____________________________ ______________________________。  否 该反应的ΔH＞0，ΔS＜0， ΔG＞0，反应不可能自发进行 (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________ (填“＞”“＜”或“=”)0，理由是______________________________ _________________________________________。  ＜ 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 10 (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__________。  高温 11 考点二　化学反应的调控 ——工业合成氨 12 1.化工生产适宜条件选择的一般原则 梳理 必备知识 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 13 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。 14 3.工业合成氨反应的适宜条件 如图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题： 15 (1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式为N2(g) ＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=－92.4 kJ·mol－1，结合反应的化学 方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率?哪些措施可以提高氮 气或氢气的转化率? __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ 升高温度、增大压强、增大反应物的浓 度、使用催化剂等，都可以使合成氨的 反应速率增大；降低温度、增大压强、 增大反应物浓度或减小生成物浓度等有 利于提高氮气或氢气的转化率。 16 (2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。 ①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么? ____________________________________________________________________________________________________________________________ 使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分数，有效碰撞次数增加，反应速率加快。 17 ②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗? 简述理由。 ______________________________________________________________ ③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗? ____________________________________________________________________________________________________________________________ 不能。因为催化剂对化学平衡无影响。 能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行，反应速率大，单位时间里生产的氨气的量多。 18 (3)合成氨时选择500 ℃而不采用常温主要考虑什么因素? ______________________________________________________________ (4)合成氨时一般采用的压强为1.3×107~3×107 Pa的原因是什么? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (5)合成氨工业中，为提高反应物 的转化率，还采取哪些措施? ____________________________ ____________________________ 考虑速率因素，500 ℃时催化剂的催化活性最好。 合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益。 使氨气冷却成液氨并及时分离， 分离后的原料气循环使用。 19 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选择压强 温度 适宜温度，400~500 ℃左右 催化剂 使用铁触媒作催化剂(为防止催化剂中毒，原料气要净化处理) 浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，将氨及时地从混合气中分离出来 20 一、合成氨工业 1.(2025·江苏南京模拟)在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应方程式为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3⥫⥬[Cu(NH3)3CO]＋　 ΔH＜0。下列说法不正确的是(　　) A.上述反应属于氧化还原反应 B.上述反应ΔS＜0 C.使用铜氨液处理的目的是防止催化剂中毒 D.低温高压有利于铜氨液吸收CO 提升 关键能力 A 21 解析：题给反应中，反应前后元素化合价均不变，属于非氧化还原反应，A错误；题给反应气体分子数减少，ΔS＜0，B正确；CO的存在会影响催化剂的活性，使用铜氨液处理的目的就是吸收CO，防止催化剂中毒，C正确；ΔH＜0，ΔS＜0，依据勒夏特列原理可知低温高压有利于铜氨液吸收CO，D正确。 22 2.(2025·河北邯郸模拟)铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用“ad”表示，下列说法正确的是(　　) A.“吸附”过程吸热，“脱附”过程放热 B.合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的ΔH=－92 kJ·mol－1 C.降温或加压可以增大反应速率 D.该历程中反应速率最慢的过程为N2ad＋H2====Nad＋3Had B 23 解析：A.由图可知，“吸附”是放热过程，而“脱附”则是吸热过程，选项A错误；B.由图像可知，N2(g)＋H2(g)⥫⥬NH3(g)　 ΔH=－46 kJ·mol－1，即N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　 ΔH=－92 kJ·mol－1，选项B正确；C.降温减小反应速率，选项C错误；D.反应历程中反应速率最慢的过程应为活化能最大的过程，由图可知N2ad＋H2====Nad＋3Had的活化能不为最大，选项D错误。 24 二、化学反应方向的调控在其他工业生产中的应用 3.“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C4H8(g) 4C3H6(g)； 副反应：C4H8(g) 2C2H4(g)。 25 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示： 26 (1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填字母)。  A.300 ℃、0.1 MPa　　 B.700 ℃、0.1 MPa C.300 ℃、0.5 MPa D.700 ℃、0.5 MPa C 27 解析：由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。 28 (2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素， 认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适， 从反应原理角度分析其理由可能是___________ _________________________________________ ___________________。  应速率慢，700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率 300 ℃反 解析：温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达到最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。 29 练真题 明考向 30 1.(2022·湖南卷，节选)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。据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是_______ (填字母)。  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) C 31 解析：①C(s)＋O2(g)====CO2(g)， ②2C(s)＋O2(g)====2CO(g)， ③TiO2(s)＋2Cl2(g)====TiCl4(g)＋ O2(g)，④TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g) ====TiCl4(g)＋CO2(g)；由图可知， 600 ℃时C(s)＋O2(g)====CO2(g)的 ΔG＜0，反应自发进行，故A不符 合题意；600 ℃时2C(s)＋O2(g) ==== 2CO(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故B不符合题意；600 ℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)====TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG＞0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)====TiCl4(g)＋CO2(g)可由①＋③得到，则600 ℃时其ΔG＜0，反应自发进行，故D不符合题意。 32 2.(2023·辽宁卷，节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g)⥫⥬SO3(g)　ΔH=－98.9 kJ·mol－1 为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α) 下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图所示，下列说法正确的是__________(填字母)。  a.温度越高，反应速率越大 b.α=0.88的曲线代表平衡转化率 c.α越大，反应速率最大值对应温度越低 d.可根据不同α下的最大速率，选择最佳 生产温度 cd 33 解析：根据不同转化率下的反应速率曲线 可以看出，随着温度的升高反应速率先加 快后减慢，a错误；从题图中所给出的速率 曲线可以看出，相同温度下，转化率越低 反应速率越快，但在转化率小于88%时的 反应速率图像并没有给出，无法判断α= 0.88的条件下是平衡转化率，b错误；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低， c正确；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗，d正确。 34 3.(2024·浙江6月选考，节选)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25 ℃，101 kPa) NaBH4(s)＋2H2O(l)====NaBO2(aq)＋4H2(g)　ΔH＜0 该反应能自发进行的条件是________(填字母)。  A.高温　　　　　　　 B.低温 C.任意温度 D.无法判断 C 解析：反应NaBH4(s)＋2H2O(l)====NaBO2(aq)＋4H2(g)　ΔH＜0，ΔS＞0，由ΔG=ΔH－TΔS可知，任意温度下，该反应均能自发进行。 35 4.(2024·贵州卷，节选) 在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应： ⅰ.CH4(g)C(s)＋2H2(g)　ΔH1=74.6 kJ·mol－1　 ΔS=＋80.84 J·mol－1·K－1 ⅱ.6CH4(g)C6H6(l)＋9H2(g)　ΔH2 则反应ⅰ在1 000 K时________(填“能”或“不能”)自发进行。  能 36 解析：反应ⅰ.CH4(g)C(s)＋2H2(g)　ΔH1=74.6 kJ·mol－1 　 ΔS=＋80.84 J·mol－1·K－1，在1 000 K时，ΔG=ΔH－TΔS= 74.6 kJ·mo－1 000 K×(＋80.84×1 kJ·mo·)= －6.24 kJ·mo＜0，故反应ⅰ在1 000 K时能自发进行。 37 5. (2024·辽宁卷，节选)为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：2HCl(g)＋O2(g)⥫⥬Cl2(g)＋H2O(g)　ΔH1= －57.2 kJ·mol－1　ΔS　K。将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中，在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应，通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线，如图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。 则ΔS________(填“＞”或“＜”)0；T3=________℃。  ＜　 360 38 解析：反应2HCl(g)＋O2(g)⥫⥬Cl2(g)＋H2O(g)前后的气体分子数目在减小，所以该反应ΔS＜0，该反应为放热反应，由于较低流速下转化率可近似为平衡转化率，所以在流速低的时候，温度越高，HCl的转化率越小，故T1代表的温度为440 ℃，T3为360 ℃。 39 课时作业46　化学反应的方向与调控 40 一、选择题(每小题3分) 1.对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是(　　) A.非自发过程在一定条件下可能变成自发过程 B.若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行 C.若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行 D.需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 D 41 解析：A.非自发过程在一定条件下可能变成自发过程，如铜和稀硫酸在电解条件下可发生反应，故A正确；B.若ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，任何温度下都不能自发进行，故B正确；C.若ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔH－TΔS＜0，任何温度下都能自发进行，故C正确；D.需要加热才能够进行的过程可能是自发过程，如碳酸钙高温分解，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 42 2.(2025·河北秦皇岛模拟)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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 43 解析：A.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；B.CaCO3(s) ⥫⥬CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，ΔS＞0，由ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，可知能否自发进行与温度有关，故B正确；C.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；D.该反应的ΔS＜0，若能自发进行，ΔH－TΔS＜0，则ΔH必须小于0，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 44 3.(2025·江苏徐州模拟)已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大 的反应。一定条件下，下列反应不能自发进行的是(　　) A.3O2(g)====2O3(g)　ΔH＞0 B.2C(s)＋O2(g)====2CO(g)　ΔH＜0 C.N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＜0 D.CaCO3(s)====CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A 45 解析：利用ΔG=ΔH－TΔS进行分析，凡ΔG＜0的反应，能自发进行。 A.反应3O2(g)====2O3(g)，ΔH＞0，ΔS＜0，ΔG=ΔH－TΔS＞0，该反应一定不能自发进行，A符合题意；B.反应2C(s)＋O2(g)====2CO(g)，ΔH＜0，ΔS＞0，该反应一定能自发进行，B不合题意；C.反应N2(g)＋3H2(g) ⥫⥬2NH3(g)，ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在低温下能自发进行， C不合题意；D.反应CaCO3(s)====CaO(s)＋CO2(g)，ΔH＞0，ΔS＞0，该反应在高温下能自发进行，D不合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 46 4.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 D 47 解析：强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠 等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱 程度。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，混乱度是增加的，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，所以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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 48 5.(2025·山东聊城模拟)我国科学家研发出一种新型双温催化剂Fe－TiO2－xHy，该催化剂催化N2和H2合成NH3(反应体系温度为495 ℃)的原理如图所示，下列分析错误的是(　　) A.“热Fe”上的变化属于焓增、熵增的变化 B.“热Fe”有利于N2快速转化为N C.“冷Ti”低于体系温度，有利于 提高合成氨反应速率 D.该催化剂能较好地解决传统合成 氨工艺中存在的反应速率和平衡 产率的矛盾 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 49 解析：由图可知，“热Fe”上的变化 为N2====N，“冷Ti”上发生的变化 为H2====3H，氮原子和氢原子在 “冷Ti”上生成氨气，合成氨反应为 放热反应，“热Fe”高于体系温度，有利于氮氮共价键的断裂，加快反应速率，“冷Ti” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率。A.由分析可知，“热Fe”上的变化为N2====N，氮气分子发生共价键断裂的变化为焓增、熵增的变化，故A正确；B.由分析可 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 50 知，“热Fe” 高于体系温度，有利 于氮氮共价键的断裂，加快反应速率， 故B正确；C.由分析可知，“冷Ti” 低于体系温度，有利于平衡向正反应 方向移动，提高氨气的产率，但降低温度不利于提高合成氨反应速率，故C错误；D.由分析可知，“热Fe”高于体系温度，有利于氮氮共价键的断裂，加快反应速率，“冷Ti” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率，所以该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 51 6.据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实： 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.反应需在300 ℃进行可推测该反应是吸热反应 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 B 52 解析：A项，使用Cu－Zn－Fe催化剂可加快反应速率，能大大提高生产效率，A项正确；B项，反应加热与反应放热还是吸热没有直接的关系，如煤的燃烧放热，但需要加热，B项错误；C项，充入大量CO2气体平衡会正向移动，所以可提高H2的转化率，C项正确；D项，从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O会使平衡正向移动，所以可提高CO2和H2的利用率，D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 53 7.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 D 54 解析：如常压下转化率较大，则不采用高压，且考虑对设备的承压要求，则不一定采用高压；加入过量的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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 55 8.(2025·河北邯郸模拟)对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最 大反应速率对应的温度称为最适宜温度。反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　 ΔH＜0在催化剂作用下原料的总转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、原料的总 平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图最合理的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 56 解析：对于放热的可逆反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时所对应的温度，在该温度下化学反应速率最大，SO2的转化率也最大；当温度高于最适宜温度后，催化剂的催化活性逐渐减小，催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响，因此化学反应速率逐渐减小，SO2的转化率也逐渐减小；由于该反应为放热反应，随着温度的升高，SO2的平衡转化率减小；由于反应混合物与催化剂层的接触时间较少，在实际的反应时间内反应还没有达到化学平衡状态，故在相应温度下SO2的转化率低于其平 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 57 衡转化率。因此，反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH＜0在催化剂作 用下原料的总转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、原料的总平衡转化率与温 度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图可表示如下： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 。 58 9.2007年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家格哈德·埃特尔，以表彰他在固体表面化学研究中取得的开拓性成就。他的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是(　　) A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③ 的活化能就是合成氨反应的反应热 B.反应中有极性键的断裂与形成 C.当温度、体积一定时，在原料气中 添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A 59 解析：A.图①到图③为氮气和氢气中 的化学键断裂的过程，图⑤到图③为 氨气中化学键的断裂的过程，故图① 到图③的活化能减去图⑤到图③的活 化能就是合成氨反应的反应热，A正 确；B.该反应过程为氮气和氢气反应 生成氨气，反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；C.当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；D.合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温不是为了提高转化率，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 60 10.如图为工业合成氨流程图，该反应速率方程为 V=kc(N2)c1.5(H2)c－1 (NH3)，原料气(N2、H2及少量CO、NH3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(aq)＋CO(g)＋NH3(g)⥫⥬[Cu(NH3)3CO]＋(aq)　ΔH＜0， 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 61 下列有关说法错误的是(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 D 62 解析：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。A.步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒， 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 63 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V=kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 64 11.工业上制备硫酸的一步重要反应是SO2在400~500 ℃下的催化氧化反 应：2SO2＋O2⥫⥬2SO3　ΔH＜0。下列有关说法错误的是(　　) A.从理论上分析，为了使SO2尽可能多地转化为SO3，应选择的条件是低温高压 B.在实际生产中控制温度为400~500 ℃，原因是温度过低速率慢，温度过高SO2转化率低 C.为提高反应速率和平衡时SO2的转化率，实际生产中采用的压强越大越好 D.要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 65 解析：A.该反应是一个反应前后气体体积减小的放热的可逆反应，降低温度、增大压强平衡都正向移动，选择的条件是低温高压，A正确； B.选择温度时，从速率考虑需要高温，但是该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的转化率降低，选择400~500 ℃既能提升反应速率，又能使催化剂有较高的活性，这是从该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，B正确；C.在二氧化硫的催化氧化中，常压下二氧化硫的转化率很高，增大压强会增加成本，C错误；D.要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件，提高生产的效率降低生产的成本，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 66 12.工业合成甲醇的反应为CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬ CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。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520 K D.520 K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 67 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，520 K时甲醇的产率最大，合成甲醇的最佳温度为520 K，C项正确；D.520 K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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 68 13.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：CH4(g)＋CO2(g)====2CO(g) ＋2H2(g)　ΔH1=247.1 kJ·mol－1 反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)====CO(g)＋ H2O(g)　ΔH2=41.2 kJ·mol－1 反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)====2CO(g)　ΔH3=172 kJ·mol－1 反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)====CO(g)＋H2(g)　ΔH4=131.29 kJ·mol－1 在1×105 Pa下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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 69 相对体积V(CH4)=、 相对体积V(CO或H2)= 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 C 70 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的相对体积都 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.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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 71 二、非选择题 14.(10分)(2025·广东湛江模拟)苯乙烯( 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 )是生产各种 塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得： (g) (g)＋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 72 (1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 B 解析：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。 73 (2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说 明该事实：_____________________________ ____________________________________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，平衡正向移动 解析：该反应的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。 74 (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)。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 0.019 MPa 75 解析：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： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 起始量/mol 　　　　1 　　　0 0 变化量/mol 　　　　0.4 　　　0.4 0.4 平衡量/mol 　　　　0.6 　　　0.4 0.4 76 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 77 (4)控制反应温度为600 ℃的理由是_______________________________ __________________________________________________________________________________________________________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 600 ℃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 78 15.(16分)硫酸是一种重要的基础化工产 品，接触法制硫酸生产中的关键工序是 SO2的催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬ 2SO3(g)　ΔH=－196.6 kJ·mol－1。回答 下列问题： (1)某温度下，在体积为2 L的刚性密闭容 器中投入2 mol SO2和3.5 mol O2，如图是 n(SO2)和n(SO3)随时间的变化曲线。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 79 ①0~10 min，v(SO3)=_______________________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 0.05 mol·L－1·min－1　 解析：由图可知，0~10 min SO3的平均反应速率v(SO3)== 0.05 mol·L－1·min－1。 80 ②反应达到平衡时，平衡常数K=_________ (保留三位有效数字)。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 3.89　 解析：反应达到平衡时，SO2反应的物质的量为(2.0－0.6) mol=1.4 mol，O2反应的物质的量为0.7 mol，则平衡时SO2、O2、SO3的物质的量分别为0.6 mol、(3.5－0.7) mol= 2.8 mol、1.4 mol，三者的浓度分别为 0.3 mol·L－1、1.4 mol·L－1、 0.7 mol·L－1，K=≈3.89。 81 ③下列情况不能说明反应达到化学平衡 状态的是__________(填字母)。  A.v(SO3)=2v(O2) B.混合气体的相对分子质量不再变化 C.体系的压强不再发生改变 D.混合气体的密度保持不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 AD 82 解析：A.同一个方向的反应速率比等于化学 计量数之比，未指明反应方向时，v(SO3)= 2v(O2)不能说明反应达到平衡，A符合题意； B.反应前后气体分子数不等，气体总质量不 变，混合气体的相对分子质量 在未平衡前会逐渐增大，当它不再变化，说明反应达到平衡，B不符合 题意；C.体系为恒温、恒容条件，反应为前后气体分子数减小的反应， 在未达平衡之前，压强逐渐减小，当压强不变时，说明反应达到平衡， C不符合题意；D.体积为2 L的刚性密闭容器，反应前后气体总质量不变， 混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡，D符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 83 (2)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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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仅从表中数据可得出最优的条件是____________________。  450 ℃、0.1 MPa 解析：从表中数据得出，理论上最优的条件是450 ℃、0.1 MPa。 84 ②在实际生产中，选定的温度为400~500 ℃和常压(0.1 MPa)，原因是__________________________________________________________________________________________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 此时催化剂活性最大、反应速率快，再增加压强，二氧化硫转化率提高不大，但是会增加生产成本 解析：在实际生产中，选定的温度为400~500 ℃和常压(0.1 MPa)，原因是此时催化剂活性最大、反应速率快，再增加压强，二氧化硫转化率提高不大，但是会增加生产成本。 85 (3)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和 82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温 度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=__________，影响 α的因素有温度、压强和_____________________。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 0.975　 反应物的起始浓度 解析：该反应为放热、气体分子数减小的反应，相同温度下，压强越大，二氧化硫转化率越高，结合图像可知，p1压强为5.0 MPa；由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=0.975；影响α的因素有温度、压强和反应物的起始浓度。 86 $$