第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控（举一反三讲义，7大题型）2026年高考化学一轮复习

第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控 目录 一、题型精讲 题型01 自发过程与自发反应 1 题型02 反应焓变与反应方向 2 题型03 反应熵变与反应方向 3 题型04 自由能与反应进行方向的判断 5 题型05 工业合成氨条件的理论分析 7 题型06 工业合成氨的适宜条件 8 题型07 化学反应的调控 10 二、靶向突破 题型01 自发过程与自发反应 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。 (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，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 (3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 2.自发反应 (1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 (2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 【特别提醒】自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。自发反应不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大。 【例1】下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 【变式1-1】化学与生活息息相关。下列不能自发进行的是(　　) A.墨汁加到清水中使整杯水变黑 B.水在0 ℃以下结为冰 C.石灰石转化为生石灰 D.水从高处往低处流 【变式1-2】下列过程中属于自发过程的是　　　　　　　(填序号)。  ①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠 【变式1-3】 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 题型02 反应焓变与反应方向 1.放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 2.焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 结论：只用焓判据判断反应是否自发进行不全面。 【例2】下列关于化学反应的焓变的叙述正确的是(　　) A.化学反应的焓变与反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.焓变为正的反应都是吸热反应 D.焓变为正的反应都能自发进行 【变式2-1】 下列自发反应可用焓判据来解释的是(　　) A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH＝+56.7 kJ·mol-1 B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH＝+74.9 kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH＝-571.6 kJ·mol-1 D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH＝+178.2 kJ·mol-1 【变式2-2】 已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 题型03 反应熵变与反应方向 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。 (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。 (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。 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。 【例3】下列对熵的理解错误的是(　　) A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B.体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D.25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增反应 【变式3-1】下列变化过程为熵增的是(　　) A.2NH4NO3(s)===2N2(g)+4H2O(g)+O2(g) B.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) C.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) D.3O2(g)===2O3(g) 【变式3-2】下列判断正确的是(　　) A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0 B．反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0 D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 【变式3-3】实现“节能减排”和“低碳经济”的一个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。 关于该反应的下列说法中正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0 题型04 自由能与反应进行方向的判断 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。 3．反应自发进行温度的计算 (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。 【例4】关于反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH<0。下列说法正确的是(　　) A.该反应是熵增大的反应(即ΔS>0) B.该反应在低温条件下能较快发生 C.该反应是放热反应，能在任何温度下自发进行 D.反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素 【变式4-1】下列说法正确的是(　　) A.常温下反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 B.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 C.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)，该反应低温下能正向自发进行，则ΔH>0 D.反应SiO2(s)+3C(s)===SiC(s)+2CO(g)常温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 【变式4-2】氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两个反应制得： 反应Ⅰ：2B(s)+N2(g)===2BN(s) 反应Ⅱ：B2O3(s)+2NH3(g)===2BN(s)+3H2O(g) 已知反应Ⅰ常温下能自发进行，反应Ⅱ常温下不能自发进行。下列说法错误的是(　　) A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但无法判断化学反应速率快慢 B.反应Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0 C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行 D.反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成 【变式4-3】下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 题型05 工业合成氨条件的理论分析 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)自发性：常温(298 K)下，ΔH-TΔS<0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应。 2.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，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 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 【例5】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是(　　) A.都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B.都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 【变式5-1】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 mol H2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是(　　) ①降低温度 ②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2 ③增加NH3的物质的量 ④维持恒压条件，通入一定量惰性气体 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ 【变式5-2】对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　) A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 题型06 工业合成氨的适宜条件 1.合成氨反应的适宜条件 (1)压强 目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10~30 MPa。  合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，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 (2)温度 实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃。  不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，且铁触媒在500 ℃左右时的活性最大 (3)催化剂 ①目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ②催化剂对平衡转化率无影响，但在合成氨工业中还要使用催化剂的原因：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益 (4)浓度 及时将氨气从反应混合物中分离出去， 将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 (5)投料比 ①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。 ②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步，实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8。 (6)其他：兼顾环境保护和社会效益。 2.合成氨的生产流程示意图 【例6】合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。符合工业合成氨生产实际的是(　　) A.V2O5作催化剂 B.反应温度由催化剂决定 C.将N2和H2液化 D.NH3由吸收塔吸收 【变式6-1】工业合成氨的流程如图所示，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”既可以提高原料的平衡转化率，又可以加快反应速率 C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.产品液氨除可用来生产化肥外，还可用作制冷剂 【变式6-2】合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述不正确的是(　　) A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应 B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率 C.工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率 D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率 【变式6-3】诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学的研究中作出的贡献。下列说法正确的是(　　) A.增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率 B.增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C.采用正向催化剂时，反应的活化能降低，使反应明显加快 D.工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济效益 题型07 化学反应的调控 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 (1)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。 (2)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 【例7】下列关于化学反应调控措施的说法不正确的是(　　) A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气 B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量 C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D.工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 【变式7-1】某化工厂生产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂铂网的成分、温度与氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是(　　) A.该流程中，①③④发生了氧化还原反应 B.②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离 C.③中最佳反应条件是铂网成分为纯铂、温度为900 ℃ D.④中通入过量空气可以提高硝酸的产率 【变式7-2】纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D.工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 【变式7-3】CH4⁃CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH＝+247 kJ·mol-1，同时存在以下反应：CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH＝+75 kJ·mol-1(积碳反应)， CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH＝+172 kJ·mol-1(消碳反应)，假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，一定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A.高压有利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳 B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳 C.升高温度，积碳反应的化学平衡常数K1减小，消碳反应的化学平衡常数K2增大 D.温度高于600 ℃，积碳反应的化学反应速率减慢，消碳反应的化学反应速率加快，积碳量减少 1.（24-25高三上·浙江·期末）工业上以纯度为98%左右的粗硅为原料制备高纯硅的反应如下：①  ；②  。当①、②反应体系的压强各为、时，分别改变进料比和反应温度，二者对产率和的平衡转化率影响如图1、图2所示。下列说法正确的是 A． B．反应①，增加HCl浓度，反应速率加快，产率增大 C．反应①更适合在较低温度下进行 D．反应②，工业上选择反应温度1300℃更合适 2.（24-25高三上·天津和平·期末）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是 A． B． C． D．(s，金刚石)(s，石墨) 3.（2025·上海·一模）常用的SO2去除法是钙基固硫。已知：298K、101kPa时，反应CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)的∆H=-402.0kJ·mol-1，∆H-T∆S=-345.7kJ·mol-1，若此反应中∆H和∆S不随温度变化而变化，则保持此反应自发进行的温度低于 A．2.127K B．2127K C．1854K D．185.4K 4.（24-25高三上·河南信阳·期中）现代研究技术表明化学反应历程复杂，通常伴随副反应的发生。如图是利用计算机测量技术获得的某种反应的能量变化和反应过程的关系。下列说法正确的是 A．升高温度，两个反应的速率都加快 B．反应1为放热反应 C．物质的稳定性：过渡态1>过渡态2 D．反应2不需要加热就能发生 5.（2025·江苏·一模）反应可用于储氢，可能机理如图所示。下列说法正确的是 A．该反应的 B．步骤I中带正电荷的C与催化剂中的N之间作用 C．步骤III中存在非极性键的断裂和形成 D．反应中每消耗，转移电子数约为 6.（2025·广西南宁·一模）硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理如图。下列说法正确的是 A．流程中涉及的反应均为氧化还原反应 B．Ⅱ中的反应条件都是为了提高的平衡转化率 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．上述生产过程中无需进行尾气处理 7.（2025·浙江绍兴·一模）工业上，可用乙烯催化氧化法制取环氧乙烷，涉及下列两个反应： I．   Ⅱ．   用银作为催化剂时，的活化能为，的活化能为，且两个反应的平衡常数均大于。下列说法不正确的是 A．在银催化下，反应Ⅱ的速率小于反应I B．改变压强，对环氧乙烷的平衡产率影响不大 C．从自发的角度，乙烯氧化后倾向于生成 D．若不考虑催化剂银的活性变化，升高温度能提高环氧乙烷的选择性 8.（2025·山西·一模）向1L恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O(g)，发生反应的化学方程式为。CH4的平衡转化率按不同投料比随温度变化的曲线如下图所示，已知x1=1.下列说法正确的是 A．x1>x2 B．c点化学平衡常数 C． D．v逆(a)>v逆(b) 9.（2025·重庆·一模）利用丙烷制取丙烯的原理为：  。在总压分别为时发生该反应，平衡体系中和的体积分数随温度和压强的变化如图所示。下列说法错误的是 A．增大压强该反应正，逆反应速率均增大 B．总压由变为时，平衡常数变大 C．压强、温度不变，充入惰性气体，的转化率增大 D．曲线④表示时的体积分数随温度的变化曲线 10.（2025·安徽·一模）“双碳”战略背景下，和的减排和转化利用受到普遍关注，已知和催化重整的主反应为  。其他条件一定，在Ar作为辅助气体时，与的物质的量之比以及气体总流量对重整反应的影响分别如图1、2所示，下列说法错误的是 A．恒温恒压时，充入气体Ar有利于提高和的平衡转化率 B．主反应的正反应的活化能大于逆反应的活化能 C．与物质的量之比达后转化率有所下降，的产率提升并不明显，可能是过量的发生了反应 D．随气体流量增加，原料气转化率和目标产物产率逐渐降低，所以气体流量越低越好 11.（2025·江西抚州·一模）某温度下，在恒容密闭容器中通入和，发生反应：，时反应达平衡，测得此时的浓度为。下列说法错误的是 A．若升高温度，混合气体平均相对分子质量增大，则 B．时， C．当的体积分数不变时，该反应达到了平衡状态 D．后扩大容器容积，达新平衡时、的物质的量浓度变小 12.（2025·山东青岛·一模）催化加氢生产甲醇涉及反应：①  ；②  。一定压强下，在两个恒容密闭容器中充入和，发生上述反应，测得平衡体系中及的摩尔分数随温度的变化关系如图所示。下列说法错误的是 A．反应①在低温时自发进行 B．曲线甲表示压强为时随温度的变化 C．温度低于450℃时，以反应①为主 D．温度为，压强为时，的平衡转化率为 13.（2025·河北衡水·一模）下列操作与实际化工原理相符的是 A．接触法制硫酸时，反应需在高温、高压条件下进行 B．除去某工业废气中的，可用含有铁粉的溶液 C．燃煤中加入生石灰，可减少酸雨的形成和温室效应 D．在催化剂作用下，汽车尾气中的CO可将NO氧化得到无污染的气体 14.（2025·山东·一模）在催化剂作用下，以CO2和H2为原料进行合成CH3OH的实验。保持压强一定，将起始的混合气体通过装有催化剂的反应管，测得出口处CO2的转化率和生成CH3OH的选择性与温度的关系如图所示（图中虚线表示平衡时CO2的转化率或CH3OH的选择性）。 已知反应管内发生的反应为： 反应1： 反应2： 下列说法正确的是 A．   B．时，延长催化反应管的长度，出口处一定存在： C．时，反应1进行速率比反应2快 D．为提高CH3OH的平衡产率，应研发高温下催化活性更强的催化剂 15.（24-25高三上·浙江·期中）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．控制原料气，是因为相对易得，适度过量可提高转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 16.（24-25高三下·湖北·期末）工业上以黄铁矿(主要成分)为原料生产硫酸的主要流程如下。 已知：步骤Ⅱ中的平衡转化率随温度和压强的变化情况如下表。 温度/℃ 平衡时的转化率/% 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 下列说法错误的是 A．步骤Ⅰ中出炉气需净化，能防止步骤Ⅱ中催化剂中毒 B．步骤Ⅱ中通入过量的空气，目的是提高的平衡转化率 C．步骤Ⅱ实际生产中应选择和 D．步骤Ⅲ中吸收塔内常采用逆流喷淋式，提高的吸收效率 17.（24-25高三上·广东东莞·期末）下列陈述Ⅰ与陈述Ⅱ均正确，且具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 键能：Si-O键>Si-Cl键 熔点：SiO2>SiCl4 B 工业合成氨选用400~500℃高温条件 升温有利于加快合成氨的速率 C 将装有红棕色NO2气体的注射器由10mL压缩至5mL，气体颜色变浅 ，增大压强，平衡正向移动 D H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高 H2O分子间存在氢键 18.（2025·北京东城·二模）硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 19.（2025·浙江·一模）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。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 20.（24-25高三上·山东泰安·期末）甲烷-甲醇-碘甲烷热化学循环如图(图中各物质均为气态)所示。下列说法错误的是 A．反应①的 B．①②③④均发生氧化还原反应 C．反应③在高温下能自发进行，则其 D．上述热化学循环实现了水的分解 21.（24-25高三上·湖南长沙·期末）现有两个热化学方程式 (l)+H2(g) (l)     ① (l)+2H2(g)(l)     ② 下列说法正确的是 A．反应①②中都存在 B．高温时，反应②可自发进行 C．在通常情况下，①②都能自发进行 D．反应①一定不能自发进行 22.（25-26高三上·浙江·期末）下列说法正确的是 A．，已知，则正反应在较高温度下可自发进行 B．，已知，则船式环己烷比椅式环己烷更稳定 C．已知，达平衡后，温度保持不变，缩小容器体积，重新建立平衡后，浓度增大 D．在绝热恒容容器中反应朝正向进行，若气体总压强增大，则 23.（2025·安徽·三模）一定温度下，在1L恒容密闭容器中，发生“甲烷重整”反应：，其原理如下所示。 已知“甲烷重整”反应在不同温度下的化学平衡常数如下表所示： 温度/℃ 850 1000 1200 1400 K 0.5 2 275 1772 下列说法错误的是 A．物质a可能是FeO B．该反应在任何温度下均可自发进行 C．若减小的值，则的平衡转化率增大 D．1000℃，若容器中、，则反应处于平衡状态 24.（2025·安徽·一模）催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为，下图为，温度在250℃下的甲醇的物质的量分数与压强p的关系及压强在下的甲醇的物质的量分数与温度t的关系，下列有关说法正确的是 A．由图可知，随压强增大，平衡常数K增大 B．曲线a为250℃时等温过程曲线 C．该反应在任何温度下都能自发进行 D．当时，的平衡转化率为53.3％ 25.（2025·河北衡水·一模）研究证明“惰性”的超临界二氧化碳(sCO2)流体在输送过程中也会腐蚀金属管道。模拟该过程的反应机理和在Fe界面及非界面处sCO2反应过程的相对能量对比如图所示。下列说法错误的是 A．sCO2腐蚀铁的总反应为Fe+*CO2+*H2O=FeCO3+H2 B．由与生成的反应速率小于生成的反应速率 C．非界面处，CO2+H2O=H2CO3为自发反应 D．Fe能促进“惰性”sCO2的活性，起催化作用 26.（24-25高三上·陕西·期中）时，向体积均为的甲、乙两恒容密闭容器中分别充入和，再加入少量，发生反应：  。其中甲容器和乙容器分别在绝热和恒温条件下进行，测得气体压强(kPa)随时间的变化如下表所示。下列叙述正确的是 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 甲容器 100 102 104 93 86 84 84 84 84 84 乙容器 100 95 89 86 84 83 82 82 82 82 A．在任何温度下正反应均能自发进行 B．时正反应速率：甲<乙 C．甲容器在14min时和乙容器在8min时气体总物质的量相等 D．时，该反应的平衡常数 / 学科网（北京）股份有限公司 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 一、题型精讲 题型01 自发过程与自发反应 1 题型02 反应焓变与反应方向 3 题型03 反应熵变与反应方向 4 题型04 自由能与反应进行方向的判断 6 题型05 工业合成氨条件的理论分析 8 题型06 工业合成氨的适宜条件 10 题型07 化学反应的调控 13 二、靶向突破 题型01 自发过程与自发反应 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。 (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，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 (3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 2.自发反应 (1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 (2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 【特别提醒】自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。自发反应不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大。 【例1】下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 【答案】C 【解析】在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使某些非自发过程转变为自发过程，D项错误。 【变式1-1】化学与生活息息相关。下列不能自发进行的是(　　) A.墨汁加到清水中使整杯水变黑 B.水在0 ℃以下结为冰 C.石灰石转化为生石灰 D.水从高处往低处流 【答案】C 【解析】石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行，该变化过程不是自发进行的，C符合题意。 【变式1-2】下列过程中属于自发过程的是　　　　　　　(填序号)。  ①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠 【答案】①②③⑤⑥⑦ 【解析】将地下水抽至地面需要持续做功，电解熔融的氯化钠要在直流电作用下才能进行，均不属于自发过程。 【变式1-3】 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】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；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；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；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。 题型02 反应焓变与反应方向 1.放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 2.焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 结论：只用焓判据判断反应是否自发进行不全面。 【例2】下列关于化学反应的焓变的叙述正确的是(　　) A.化学反应的焓变与反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.焓变为正的反应都是吸热反应 D.焓变为正的反应都能自发进行 【答案】C 【解析】焓变与反应的方向有关，A项错误；化学反应的焓变不能直接决定化学反应的方向，还要结合熵变等条件，B、D项错误。 【变式2-1】 下列自发反应可用焓判据来解释的是(　　) A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH＝+56.7 kJ·mol-1 B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH＝+74.9 kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH＝-571.6 kJ·mol-1 D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH＝+178.2 kJ·mol-1 【答案】C 【解析】从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，有使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。 【变式2-2】 已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 【答案】A 【解析】根据化学方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以有可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。 题型03 反应熵变与反应方向 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。 (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。 (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。 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。 【例3】下列对熵的理解错误的是(　　) A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B.体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D.25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增反应 【答案】C 【解析】C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，错误。 【变式3-1】下列变化过程为熵增的是(　　) A.2NH4NO3(s)===2N2(g)+4H2O(g)+O2(g) B.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) C.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) D.3O2(g)===2O3(g) 【答案】A 【解析】反应CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)有气体参与反应，但反应前后气体分子数没有变化，熵没有增加，B错误；C、D项反应中均有气体参与反应，反应后气体分子数减少，变化过程为熵减，错误。 【变式3-2】下列判断正确的是(　　) A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0 B．反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0 D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 【答案】A 【解析】A、B、D中反应均为熵减反应，且在一定温度下均能自发进行，故根据ΔH－TΔS<0可知，这三个反应均属于放热反应，故A项正确，B、D项错误；C中反应为熵减反应， ΔS<0，C项错误。 【变式3-3】实现“节能减排”和“低碳经济”的一个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。 关于该反应的下列说法中正确的是(　　) 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高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。 题型04 自由能与反应进行方向的判断 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。 3．反应自发进行温度的计算 (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。 【例4】关于反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH<0。下列说法正确的是(　　) A.该反应是熵增大的反应(即ΔS>0) B.该反应在低温条件下能较快发生 C.该反应是放热反应，能在任何温度下自发进行 D.反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素 【答案】D 【解析】该反应反应前后气体的物质的量减小，是熵减小的反应，A错误；ΔH-TΔS<0的反应可自发进行，该反应的ΔH<0、ΔS<0，即该反应在低温时可自发进行，但反应速率较慢，B、C错误；反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素，D正确。 【变式4-1】下列说法正确的是(　　) A.常温下反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 B.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 C.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)，该反应低温下能正向自发进行，则ΔH>0 D.反应SiO2(s)+3C(s)===SiC(s)+2CO(g)常温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 【答案】B 【解析】C(s)+CO2(g)2CO(g)为熵增反应，常温下反应不能正向自发进行，则该反应的ΔH>0，A错误；反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)为熵减反应，能正向自发进行，则反应的ΔH<0，B正确；题述反应低温下能正向自发进行，由ΔS<0、ΔH-TΔS<0可知，ΔH<0，C错误；反应SiO2(s)+3C(s)===SiC(s)+2CO(g)为熵增反应，常温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH>0，D错误。 【变式4-2】氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两个反应制得： 反应Ⅰ：2B(s)+N2(g)===2BN(s) 反应Ⅱ：B2O3(s)+2NH3(g)===2BN(s)+3H2O(g) 已知反应Ⅰ常温下能自发进行，反应Ⅱ常温下不能自发进行。下列说法错误的是(　　) A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但无法判断化学反应速率快慢 B.反应Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0 C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行 D.反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成 【答案】C 【解析】常温下反应Ⅰ的ΔG<0，说明反应可以自发进行，但不能判断化学反应速率的快慢，A正确；2B(s)+N2(g)===2BN(s)是熵减的反应，ΔS<0，该反应常温下能自发进行，则ΔH<0，B正确；反应Ⅱ在常温下不能自发进行，催化剂不能使不能自发进行的反应变为能自发进行的反应，C错误；反应Ⅱ中有N—H的断裂及O—H的生成，故反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成，D正确。 【变式4-3】下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 【答案】D 【解析】反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。 题型05 工业合成氨条件的理论分析 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)自发性：常温(298 K)下，ΔH-TΔS<0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应。 2.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，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 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 【例5】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是(　　) A.都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B.都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 【答案】C 【解析】高压对化学平衡有影响，A、D错；催化剂能加快反应速率，B错。 【变式5-1】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 mol H2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是(　　) ①降低温度 ②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2 ③增加NH3的物质的量 ④维持恒压条件，通入一定量惰性气体 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ 【答案】B 【解析】①合成氨反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大；②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2，压强增大，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大；③增加NH3的物质的量，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率降低；④维持恒压条件，通入一定量惰性气体，相当于减小压强，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率降低。 【变式5-2】对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　) A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 【答案】B 【解析】A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，升高温度对逆反应的反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C项，减小反应物浓度，正反应速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D项，加入催化剂，对正、逆反应的反应速率影响相同，错误。 题型06 工业合成氨的适宜条件 1.合成氨反应的适宜条件 (1)压强 目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10~30 MPa。  合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，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 (2)温度 实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃。  不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，且铁触媒在500 ℃左右时的活性最大 (3)催化剂 ①目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ②催化剂对平衡转化率无影响，但在合成氨工业中还要使用催化剂的原因：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益 (4)浓度 及时将氨气从反应混合物中分离出去， 将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 (5)投料比 ①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。 ②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步，实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8。 (6)其他：兼顾环境保护和社会效益。 2.合成氨的生产流程示意图 【例6】合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。符合工业合成氨生产实际的是(　　) A.V2O5作催化剂 B.反应温度由催化剂决定 C.将N2和H2液化 D.NH3由吸收塔吸收 【答案】B 【解析】工业合成氨的催化剂是铁触媒，A错误；催化剂在特定温度下活性最大，催化效率最高，反应温度由催化剂决定，B正确；将N2和H2液化分离平衡逆向移动，不利于合成氨，C错误；合成氨的生产设备中没有吸收塔，D错误。 【变式6-1】工业合成氨的流程如图所示，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”既可以提高原料的平衡转化率，又可以加快反应速率 C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.产品液氨除可用来生产化肥外，还可用作制冷剂 【答案】C 【解析】合成氨使用铁触媒催化剂，为防止催化剂中毒，必须将原料“净化”处理，A项正确；步骤②中“加压”，可加快合成氨反应速率，又能使平衡右移，提高原料的平衡转化率，B项正确；步骤③不能提高原料的平衡转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生产铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 【变式6-2】合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述不正确的是(　　) A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应 B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率 C.工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率 D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率 【答案】C 【解析】合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。 【变式6-3】诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学的研究中作出的贡献。下列说法正确的是(　　) A.增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率 B.增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C.采用正向催化剂时，反应的活化能降低，使反应明显加快 D.工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济效益 【答案】C 【解析】增大催化剂的表面积只能改变反应速率，不能使平衡移动，所以氨气的产率不变，A项错误；增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误；催化剂可以降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，有效碰撞次数增加，从而加快反应速率，C项正确；压强过高，对设备的要求高，温度越低，催化剂的活性越低，反应速率越慢，不利于提高经济效益，D项错误。 题型07 化学反应的调控 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 (1)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。 (2)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 【例7】下列关于化学反应调控措施的说法不正确的是(　　) A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气 B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量 C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D.工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 【答案】B 【解析】硫酸工业中涉及反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，通入过量空气，平衡正向移动，SO2转化率提高，A正确；高炉炼铁时发生反应：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，增加高炉的高度不能降低尾气中CO的含量，B错误；工业合成氨中，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，C正确；工业合成甲醇，采用原料循环操作可提高原料的利用率，D正确。 【变式7-1】某化工厂生产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂铂网的成分、温度与氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是(　　) A.该流程中，①③④发生了氧化还原反应 B.②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离 C.③中最佳反应条件是铂网成分为纯铂、温度为900 ℃ D.④中通入过量空气可以提高硝酸的产率 【答案】C 【解析】该流程中，①中发生N2、H2合成氨的反应，③中存在氨的催化氧化反应，④中氮的氧化物被氧化成HNO3，因此均发生了氧化还原反应，A正确；②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离，B正确；③中最佳反应条件是铂网成分为含10%铑的铂、温度为900 ℃，C错误；④中通入过量空气，可使氮的氧化物充分反应，可以提高硝酸的产率，D正确。 【变式7-2】纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D.工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 【答案】B 【解析】催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应物的转化率，A项错误；缩小容器体积即增大压强，平衡向气体体积减小的方向即正向移动，体系中各组分浓度均增大，B项正确；减小c(H2O)时正反应速率瞬间不变，v逆减小，平衡正向移动，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。 【变式7-3】CH4⁃CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH＝+247 kJ·mol-1，同时存在以下反应：CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH＝+75 kJ·mol-1(积碳反应)， CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH＝+172 kJ·mol-1(消碳反应)，假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，一定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A.高压有利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳 B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳 C.升高温度，积碳反应的化学平衡常数K1减小，消碳反应的化学平衡常数K2增大 D.温度高于600 ℃，积碳反应的化学反应速率减慢，消碳反应的化学反应速率加快，积碳量减少 【答案】B 【解析】反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)C(s)+2H2(g)均是反应前后气体分子数增大的反应，增大压强，平衡均逆向移动，可减少积碳量，但CH4的平衡转化率降低，A项错误；假设CH4的物质的量不变，增大CO2的物质的量，CO2与CH4的物质的量之比增大，对于反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+ 2H2(g)，平衡正向移动，CH4的浓度减小，对于积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)，由于甲烷浓度减小，平衡逆向移动，碳含量减少，对于消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)，平衡正向移动，碳含量减少，综上分析，增大CO2与CH4的物质的量之比，有助于减少积碳，B项正确；平衡常数只与温度有关，积碳反应和消碳反应都是吸热反应，升高温度，平衡均正向移动，两个反应的平衡常数都增大，C项错误；根据图像，温度高于600 ℃，积碳量减少，但温度升高，体系中所有反应的反应速率都加快，D项错误。 1.（24-25高三上·浙江·期末）工业上以纯度为98%左右的粗硅为原料制备高纯硅的反应如下：①  ；②  。当①、②反应体系的压强各为、时，分别改变进料比和反应温度，二者对产率和的平衡转化率影响如图1、图2所示。下列说法正确的是 A． B．反应①，增加HCl浓度，反应速率加快，产率增大 C．反应①更适合在较低温度下进行 D．反应②，工业上选择反应温度1300℃更合适 【答案】C 【解析】由图1可知，随温度升高，的产率下降，，图2可知，随温度升高，的平衡转化率增大，，因此，A错误；由图1可知，反应①，增加HCl浓度，反应速率加快，产率减小，B错误；反应①，，，根据，反应①更适合在较低温度下进行，C正确；由图2可知，1300℃与1100℃曲线很接近，工业上选择反应温度还要考虑效能与成本的关系，故选择1100℃更合适，D错误；故选C。 2.（24-25高三上·天津和平·期末）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是 A． B． C． D．(s，金刚石)(s，石墨) 【答案】B 【解析】C2H4(g)的结构比O2(g)复杂，C2H4(g)中原子数更多，分子运动的方式更多，混乱度更大，所以，A不正确；对于同种气体H2(g)，物质的量越大，分子数越多，混乱度越大，所以，B正确；同一物质，固态的有序性高于液态，液态的混乱度大于固态，所以，C不正确；石墨的结构中碳原子呈层状排列，层间作用力较弱，碳原子的活动范围相对较大，混乱度比金刚石大，所以1molC(s，金刚石)＜1molC(s，石墨)，D不正确；故选B。 3.（2025·上海·一模）常用的SO2去除法是钙基固硫。已知：298K、101kPa时，反应CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)的∆H=-402.0kJ·mol-1，∆H-T∆S=-345.7kJ·mol-1，若此反应中∆H和∆S不随温度变化而变化，则保持此反应自发进行的温度低于 A．2.127K B．2127K C．1854K D．185.4K 【答案】B 【解析】根据吉布斯自由能公式，当时反应自发。已知，。代入公式：。反应自发需满足，即：。因此，温度需低于。故选B。 4.（24-25高三上·河南信阳·期中）现代研究技术表明化学反应历程复杂，通常伴随副反应的发生。如图是利用计算机测量技术获得的某种反应的能量变化和反应过程的关系。下列说法正确的是 A．升高温度，两个反应的速率都加快 B．反应1为放热反应 C．物质的稳定性：过渡态1>过渡态2 D．反应2不需要加热就能发生 【答案】A 【解析】升高温度，绝大多数反应的速率都加快，A正确；观察图像，可知反应1中，反应物的总能量低于生成物，为吸热反应，B错误；物质所具有的能量越低越稳定，观察图像，可知过渡态1的能量最高，最不稳定，C错误；吸热和放热与是否需要加热没有关系，放热反应也可能需要加热，D错误；故选A。 5.（2025·江苏·一模）反应可用于储氢，可能机理如图所示。下列说法正确的是 A．该反应的 B．步骤I中带正电荷的C与催化剂中的N之间作用 C．步骤III中存在非极性键的断裂和形成 D．反应中每消耗，转移电子数约为 【答案】B 【解析】根据反应方程式可知：该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以该反应的ΔS<0，A错误；由题图所示的反应机理可知，CO2中C显正价，O显负价，步骤I可理解为CO2中带部分正电荷的C与催化剂中的N之间作用，B正确；步骤III中不存在非极性键的断裂和形成，C错误；该反应中CO2中C元素的化合价由+4价降低到+2价，每消耗1molCO2转移电子的数目约为，D错误；故选B。 6.（2025·广西南宁·一模）硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理如图。下列说法正确的是 A．流程中涉及的反应均为氧化还原反应 B．Ⅱ中的反应条件都是为了提高的平衡转化率 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．上述生产过程中无需进行尾气处理 【答案】C 【分析】黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应，生成SO2和Fe3O4，SO2和空气中的O2在400~500℃、常压、催化剂的作用下发生反应得到SO3，用98.3%的浓硫酸吸收SO3，得到H2SO4，据此回答； 【解析】反应Ⅲ，SO3与水反应生成硫酸，非氧化还原反应，A错误；反应Ⅱ条件要兼顾平衡转化率和反应速率，还要考虑生产成本，如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2平衡转化率，B错误；将黄铁矿换成硫黄，则不再产生，即可以减少废渣产生，C正确；硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3，需进行尾气处理，D错误；故选C。 7.（2025·浙江绍兴·一模）工业上，可用乙烯催化氧化法制取环氧乙烷，涉及下列两个反应： I．   Ⅱ．   用银作为催化剂时，的活化能为，的活化能为，且两个反应的平衡常数均大于。下列说法不正确的是 A．在银催化下，反应Ⅱ的速率小于反应I B．改变压强，对环氧乙烷的平衡产率影响不大 C．从自发的角度，乙烯氧化后倾向于生成 D．若不考虑催化剂银的活性变化，升高温度能提高环氧乙烷的选择性 【答案】D 【解析】活化能越低，反应速率越快，在银催化下，反应Ⅱ的活化能大于反应I，则反应Ⅱ的速率小于反应I，A正确；题目指出两个反应的平衡常数均大于，说明反应接近完全转化，改变压强，对环氧乙烷的平衡产率影响不大，B正确；从自发的角度，化学平衡常数K与吉布斯自由能变化ΔG之间存在关系：，两个反应的平衡常数均大于，表明两反应均自发(ΔG < 0)，但乙烯完全氧化生成和(反应Ⅱ)的焓变通常比部分氧化生成环氧乙烷更负(放热更多)，根据，从热力学角度看乙烯氧化后倾向于生成，C正确；若不考虑催化剂银的活性变化，升高温度，反应I和反应Ⅱ的速率都增大，根据阿伦尼乌斯方程可知，升高温度时，活化能较高的反应速率增长更快，加剧副反应生成二氧化碳，降低主产物环氧乙烷的选择性，D错误；故选D。 8.（2025·山西·一模）向1L恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O(g)，发生反应的化学方程式为。CH4的平衡转化率按不同投料比随温度变化的曲线如下图所示，已知x1=1.下列说法正确的是 A．x1>x2 B．c点化学平衡常数 C． D．v逆(a)>v逆(b) 【答案】B 【分析】根据图像可知，投料比x相同时，随温度升高，的平衡转化率增大，说明该反应为吸热反应；n()越大，投料比x越小，当温度相同时，n()越大，的平衡转化率越大，则x1<x2。 【解析】根据分析可知x1<x2，故A错误；根据图像可知，b、c点的温度相同，则，x1=1，b点时，CH4的平衡转化率为70%， ， ，故B正确；投料比x相同时，随温度升高，的平衡转化率增大，说明该反应为吸热反应，ΔH>0，故C错误；a、b投料比相同，b处温度比a处高，温度越高，反应速率越快，故v逆(a)<v逆(b)，故D错误；故选B。 9.（2025·重庆·一模）利用丙烷制取丙烯的原理为：  。在总压分别为时发生该反应，平衡体系中和的体积分数随温度和压强的变化如图所示。下列说法错误的是 A．增大压强该反应正，逆反应速率均增大 B．总压由变为时，平衡常数变大 C．压强、温度不变，充入惰性气体，的转化率增大 D．曲线④表示时的体积分数随温度的变化曲线 【答案】B 【分析】该反应是吸热且气体体积增大的反应。升高温度，平衡正向移动，体积分数降低，体积分数升高；增大压强，平衡逆向移动，体积分数增大，体积分数减小。曲线④在相同温度下体积分数相对较小，符合压强为10kPa时随温度升高体积分数降低的变化；曲线①在相同温度下体积分数相对较大，符合压强为100kPa时随温度升高体积分数升高的变化；曲线②③分别对应不同压强下体积分数随温度的变化 。 【解析】对于有气体参与的反应，增大压强，气体浓度增大，反应体系中活化分子浓度增加，有效碰撞几率增大，正、逆反应速率均增大，A正确；平衡常数K只与温度有关，温度不变，平衡常数不变。总压由10kPa变为100kPa ，温度不变，平衡常数不会改变，B错误；压强、温度不变，充入惰性气体，容器体积会增大，各物质浓度减小，相当于减小压强。该反应正反应是气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，的转化率增大，C正确；该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，的体积分数增大。总压为10kPa时压强小，平衡正向移动程度大，体积分数相对较小，且该反应吸热，升高温度平衡正向移动，体积分数减小，曲线④符合10kPa时体积分数随温度的变化，D正确；故选B。 10.（2025·安徽·一模）“双碳”战略背景下，和的减排和转化利用受到普遍关注，已知和催化重整的主反应为  。其他条件一定，在Ar作为辅助气体时，与的物质的量之比以及气体总流量对重整反应的影响分别如图1、2所示，下列说法错误的是 A．恒温恒压时，充入气体Ar有利于提高和的平衡转化率 B．主反应的正反应的活化能大于逆反应的活化能 C．与物质的量之比达后转化率有所下降，的产率提升并不明显，可能是过量的发生了反应 D．随气体流量增加，原料气转化率和目标产物产率逐渐降低，所以气体流量越低越好 【答案】D 【解析】反应为气体体积增大的反应，恒温恒压时充入Ar，体系体积增大，相当于减压，根据勒夏特列原理，减小压强平衡正向移动，有利于提高和的平衡转化率，A项正确；主反应的，反应为吸热反应。吸热反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能，B项正确；由图1知与物质的量之比达后转化率有所下降，的产率提升并不明显，可能是过量的与发生了反应，C项正确；由图2知随气体流量增加，原料气转化率和目标产物产率逐渐降低，当流量过低时，反应速率慢，单位时间内的产量也低，并非气体流量越低越好，D项错误； 综上所述，答案是D。 11.（2025·江西抚州·一模）某温度下，在恒容密闭容器中通入和，发生反应：，时反应达平衡，测得此时的浓度为。下列说法错误的是 A．若升高温度，混合气体平均相对分子质量增大，则 B．时， C．当的体积分数不变时，该反应达到了平衡状态 D．后扩大容器容积，达新平衡时、的物质的量浓度变小 【答案】C 【分析】 【解析】升高温度，混合气体平均相对分子质量增大，说明平衡向右移动，即正反应为吸热反应，，A项正确；时，，B项正确；A的体积分数：，任意时刻A的体积分数都为，C项错误；平衡的移动只能减弱这种改变，而不能消除这种改变，故新平衡时、的物质的量浓度比原平衡时的都要小，D项正确； 综上，答案是C。 12.（2025·山东青岛·一模）催化加氢生产甲醇涉及反应：①  ；②  。一定压强下，在两个恒容密闭容器中充入和，发生上述反应，测得平衡体系中及的摩尔分数随温度的变化关系如图所示。下列说法错误的是 A．反应①在低温时自发进行 B．曲线甲表示压强为时随温度的变化 C．温度低于450℃时，以反应①为主 D．温度为，压强为时，的平衡转化率为 【答案】D 【解析】反应②的，由曲线变化规律可知，丙、丁为随温度的变化，则甲、乙为随温度的变化，故反应①的；反应①为气体分子数减小的反应，则，由时反应自发进行可知，T较小时，反应①才能自发进行，故反应①在低温时自发进行，故A正确；由反应①的特点可知，增大压强，化学平衡正向移动，越大，故曲线甲表示压强为时随温度的变化，故B正确；温度低于时，压强为时的基本相同且较小，说明温度低于时以反应①为主，故C正确；曲线乙表示压强为时随温度的变化，曲线丙表示压强为时随温度的变化，温度为，压强为时，平衡体系中及的摩尔分数均为，设和的平衡物质的量均为，则的平衡物质的量为的平衡物质的量为的平衡物质的量为，则的平衡转化率为，故D错误；故选D。 13.（2025·河北衡水·一模）下列操作与实际化工原理相符的是 A．接触法制硫酸时，反应需在高温、高压条件下进行 B．除去某工业废气中的，可用含有铁粉的溶液 C．燃煤中加入生石灰，可减少酸雨的形成和温室效应 D．在催化剂作用下，汽车尾气中的CO可将NO氧化得到无污染的气体 【答案】B 【解析】硫酸工业中，反应在常压时的转化率已经很高，所以该反应在常压下进行，A错误；可与亚铁离子反应生成铁离子，反应为，铁离子继续与铁单质反应生成亚铁离子，B正确；燃煤中加入生石灰，可对含二氧化硫的烟气进行脱硫，可减少酸雨的形成，但不能减少二氧化碳等的排放，即不能减缓温室效应，C错误；和在催化剂作用下转化为无污染气体和的化合价降低，被还原，D错误；故选B。 14.（2025·山东·一模）在催化剂作用下，以CO2和H2为原料进行合成CH3OH的实验。保持压强一定，将起始的混合气体通过装有催化剂的反应管，测得出口处CO2的转化率和生成CH3OH的选择性与温度的关系如图所示（图中虚线表示平衡时CO2的转化率或CH3OH的选择性）。 已知反应管内发生的反应为： 反应1： 反应2： 下列说法正确的是 A．   B．时，延长催化反应管的长度，出口处一定存在： C．时，反应1进行速率比反应2快 D．为提高CH3OH的平衡产率，应研发高温下催化活性更强的催化剂 【答案】C 【分析】图中信息显示，CO2在出口处的转化率高于平衡转化率，CH3OH在出口处的选择性高于平衡时的选择性，且都不低于60%，则表明相同时间内，转化为CH3OH的CO2的物质的量大于转化为CO的CO2的物质的量，所以200℃~280℃时，反应1进行的速率大于反应2进行的速率。 【解析】依据盖斯定律，将反应1-(反应2)×3得，反应  ，A项错误；时，延长反应管的长度相当于延长反应时间，在反应时间内可能达到平衡状态，当CH3OH的选择性低于50%时，出口处存在：，B项错误；由分析可知，200℃~280℃时，相同时间内，转化为CH3OH的CO2的物质的量大于转化为CO的CO2的物质的量，所以反应1进行的速率大于反应2进行的速率，C项正确；催化剂可加快反应速率，从而缩短反应到达平衡的时间，但不影响反应物的平衡转化率和平衡产率，所以平衡产率与催化剂活性无关，D项错误；故选C。 15.（24-25高三上·浙江·期中）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．控制原料气，是因为相对易得，适度过量可提高转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 【答案】B 【解析】空气中氮气充足，相对易得，控制原料气比，使氮气过量，增加氢气的转化率，A正确；合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，是考虑综合效率；该反应是放热反应，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；根据合成氨特点，该反应是气体体积减小的反应，加压提高原料的转化率并加快了反应速率，D正确；故选B。 16.（24-25高三下·湖北·期末）工业上以黄铁矿(主要成分)为原料生产硫酸的主要流程如下。 已知：步骤Ⅱ中的平衡转化率随温度和压强的变化情况如下表。 温度/℃ 平衡时的转化率/% 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 下列说法错误的是 A．步骤Ⅰ中出炉气需净化，能防止步骤Ⅱ中催化剂中毒 B．步骤Ⅱ中通入过量的空气，目的是提高的平衡转化率 C．步骤Ⅱ实际生产中应选择和 D．步骤Ⅲ中吸收塔内常采用逆流喷淋式，提高的吸收效率 【答案】C 【解析】步骤Ⅰ中产生的二氧化硫不纯，含有杂质，因此步骤Ⅰ中出炉气需净化，能防止步骤Ⅱ中催化剂中毒，故A正确；步骤Ⅱ中通入过量的空气，目的是提供足够的氧气，使平衡正向移动，该操作可以提高SO2的平衡转化率，故B正确； 根据表格数据，450℃和10MPa时SO2的转化率最高，但压强由1MPa升高到10Mpa二氧化硫的转化率提升并不明显，因此实际生产中需要考虑成本和设备承受能力，通常选择450℃和1MPa，故C错误；步骤Ⅲ中吸收塔内常采用逆流喷淋式，逆流喷淋可以增加气液接触面积，提高SO3的吸收效率，故D正确；故选C。 17.（24-25高三上·广东东莞·期末）下列陈述Ⅰ与陈述Ⅱ均正确，且具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 键能：Si-O键>Si-Cl键 熔点：SiO2>SiCl4 B 工业合成氨选用400~500℃高温条件 升温有利于加快合成氨的速率 C 将装有红棕色NO2气体的注射器由10mL压缩至5mL，气体颜色变浅 ，增大压强，平衡正向移动 D H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高 H2O分子间存在氢键 【答案】B 【解析】由于SiO2为共价晶体，SiCl4为分子晶体，则熔点：SiO2＞SiCl4，与键能大小无关，A不合题意；合成NH3的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，但升高温度为加快反应速率，B符合题意；压缩注射器，增大压强，平衡向正反应方向移动，但容器的体积减小，NO2浓度增大，气体颜色比压缩前深，C不合题意；H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高是由于H-O的键能比H-S键能更大，与H2O分子间存在氢键无关，D不合题意；故选B。 18.（2025·北京东城·二模）硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 【答案】C 【分析】氮气和氢气在合成塔中发生反应生成，在氧化炉中发生反应生成NO，NO与空气在吸收塔中发生2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO反应制得硝酸，据此回答。 【解析】在合成氨反应中，N2中氮元素化合价从0价降低到-3价，N2作氧化剂；在氧化炉中发生反应 ，中氮元素化合价升高，作还原剂；NO在吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2，NO中氮元素化合价升高，NO作还原剂，A错误；合成氨的正反应是放热反应，高温会使平衡逆向移动，降低的平衡产率；高压使平衡正向移动，能提高的平衡产率，B错误；吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，通入空气，提供O2，使NO能充分反应，提高NO的转化率，C正确；浓硝酸具有强氧化性，能与铜反应，不能用铜作为盛装浓硝酸的罐体材料，D错误；故选C。 19.（2025·浙江·一模）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。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】合成氨选择，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；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；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；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。 20.（24-25高三上·山东泰安·期末）甲烷-甲醇-碘甲烷热化学循环如图(图中各物质均为气态)所示。下列说法错误的是 A．反应①的 B．①②③④均发生氧化还原反应 C．反应③在高温下能自发进行，则其 D．上述热化学循环实现了水的分解 【答案】C 【分析】甲烷-甲醇-碘甲烷热化学循环图中，反应①为CH4+H2O=CO+3H2，反应②为CO+2H2=CH3OH，反应③为4CH3OH+2I2=4CH3I+O2+2H2O，反应④为2CH3I+H2O=CH3OH+CH4+I2。 【解析】反应①为CH4+H2O=CO+3H2，，A正确；反应①②③④中，均有单质参加反应或有单质生成，均存在元素化合价的变化，均发生氧化还原反应，B正确；反应③为4CH3OH(g)+2I2(g)=4CH3I(g)+O2(g)+2H2O(g)，其∆S＞0，在高温下能自发进行，不能确定其∆H的正负，C错误；上述热化学循环的总反应为2H2O2H2↑+O2↑，实现了水的分解，D正确；故选C。 21.（24-25高三上·湖南长沙·期末）现有两个热化学方程式 (l)+H2(g) (l)     ① (l)+2H2(g)(l)     ② 下列说法正确的是 A．反应①②中都存在 B．高温时，反应②可自发进行 C．在通常情况下，①②都能自发进行 D．反应①一定不能自发进行 【答案】D 【解析】由题中热化学反应方程式可知，反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A项错误；由题可知，反应②ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，B项错误；由题可知，反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH-TΔS＞0，所有温度下反应都不能自发进行；反应②的ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，C项错误；由题可知，反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH-TΔS＞0，所有温度下反应都不能自发进行，D项正确；故选D。 22.（25-26高三上·浙江·期末）下列说法正确的是 A．，已知，则正反应在较高温度下可自发进行 B．，已知，则船式环己烷比椅式环己烷更稳定 C．已知，达平衡后，温度保持不变，缩小容器体积，重新建立平衡后，浓度增大 D．在绝热恒容容器中反应朝正向进行，若气体总压强增大，则 【答案】D 【解析】反应的ΔS<0，反应自发性由ΔG=ΔH-TΔS<0判断。ΔS<0时，-TΔS为正值，高温下T增大使-TΔS更大，若ΔH<0，高温易导致ΔG>0，反应不自发；若ΔH>0，ΔG恒正，故较高温度下正反应不可自发，A错误；物质能量越低越稳定。已知且均为负值，说明椅式环己烷的生成焓更负（能量更低），则椅式比船式更稳定，B错误；反应的平衡常数K=，温度不变时K不变，故不变，C错误；反应前后气体分子数不变，绝热恒容容器中压强增大，由PV=nRT可知只能是温度升高，说明反应放热（体系温度因放热升高），故ΔH<0，D正确；故选D。 23.（2025·安徽·三模）一定温度下，在1L恒容密闭容器中，发生“甲烷重整”反应：，其原理如下所示。 已知“甲烷重整”反应在不同温度下的化学平衡常数如下表所示： 温度/℃ 850 1000 1200 1400 K 0.5 2 275 1772 下列说法错误的是 A．物质a可能是FeO B．该反应在任何温度下均可自发进行 C．若减小的值，则的平衡转化率增大 D．1000℃，若容器中、，则反应处于平衡状态 【答案】B 【解析】由反应①可知，氢元素被还原，则铁元素被氧化，所以物质a可能是FeO，A正确；该反应的，根据表中数据，升高温度，化学平衡常数增大，则正反应为吸热反应，，根据反应可自发进行，可知该反应在高温下可能自发进行，B错误；若减小的值，即相当于增加水蒸气的浓度，化学平衡正向移动，则的平衡转化率增大，C正确；1000℃，若容器中，，则，则此时反应处于平衡状态，D正确；故选B。 24.（2025·安徽·一模）催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为，下图为，温度在250℃下的甲醇的物质的量分数与压强p的关系及压强在下的甲醇的物质的量分数与温度t的关系，下列有关说法正确的是 A．由图可知，随压强增大，平衡常数K增大 B．曲线a为250℃时等温过程曲线 C．该反应在任何温度下都能自发进行 D．当时，的平衡转化率为53.3％ 【答案】B 【分析】该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，甲醇的含量减少，b为等压过程曲线，a为等温过程曲线，据此回答。 【解析】平衡常数K只受温度的影响，压强增大，K值不变，A错误；根据分析可知，b为等压过程曲线，a为等温过程曲线，B正确；由于该反应、，根据，不一定小于0，在低温时能够自发，C错误；起始物n(H2)/n(CO2)=3，设n(H2)=3mol，n(CO2)=1mol，设二氧化碳的变化量为x，根据已知条件列三段式：，时，，解得：x=，则的平衡转化率为33.3％，D错误；故选B。 25.（2025·河北衡水·一模）研究证明“惰性”的超临界二氧化碳(sCO2)流体在输送过程中也会腐蚀金属管道。模拟该过程的反应机理和在Fe界面及非界面处sCO2反应过程的相对能量对比如图所示。下列说法错误的是 A．sCO2腐蚀铁的总反应为Fe+*CO2+*H2O=FeCO3+H2 B．由与生成的反应速率小于生成的反应速率 C．非界面处，CO2+H2O=H2CO3为自发反应 D．Fe能促进“惰性”sCO2的活性，起催化作用 【答案】C 【解析】从铁表面在自身腐蚀的作用机理图像看：反应的结果生成FeCO3和H2，所以判断发生反应Fe+*CO2+*H2O=FeCO3+H2，A正确；根据图示可知：生成的活化能大于生成的活化能。反应的活化能越大，反应发生需消耗的能量就越多，反应就越难发生，相应的反应速率就越慢，故由与生成的反应速率小于生成的反应速率，B正确；非界面处H2CO3的相对能量高于CO2和H2O，所以此状态下该反应为非自发反应，sCO2保持“惰性”，C错误；从sCO2反应过程的相对能量对比图，在Fe界面反应所需能垒为0.67，而非界面处能垒为2.17，且Fe界面生成为自发反应，所以Fe能促进“惰性”sCO2的活性，起催化作用，D正确；故选C。 26.（24-25高三上·陕西·期中）时，向体积均为的甲、乙两恒容密闭容器中分别充入和，再加入少量，发生反应：  。其中甲容器和乙容器分别在绝热和恒温条件下进行，测得气体压强(kPa)随时间的变化如下表所示。下列叙述正确的是 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 甲容器 100 102 104 93 86 84 84 84 84 84 乙容器 100 95 89 86 84 83 82 82 82 82 A．在任何温度下正反应均能自发进行 B．时正反应速率：甲<乙 C．甲容器在14min时和乙容器在8min时气体总物质的量相等 D．时，该反应的平衡常数 【答案】D 【解析】正反应是熵减反应，甲容器中压强先变大，后变小，说明正反应是放热反应，在较低温度下能自发进行，A错误；该反应为放热反应，平衡时甲容器中的温度高于乙容器中的温度，温度高反应速率大，甲中正反应速率较大，甲＞乙，B错误；甲、乙两容器体积相等，甲容器在14min 时和乙容器在8min 时压强相等，而甲容器中温度更高，故甲容器中气体总物质的量更小，C错误；甲容器中的反应达到平衡时，压强减小了16kPa，即O2减少了0.8mol，此时 n(Br2)=n(H2)=1.6mol，n(HBr)=0.8mol，n(O2)=0.2mol，K=80L·mol-1，由于甲容器在绝热条件下进行 且该反应为放热反应， 乙容器在恒温条件下进行，故T℃时反应的平衡常数K>80L·mol-1，D正确；故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $