第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控（复习讲义）（安徽专用）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化学反应方向的判据 考向1 自发过程和自发反应 考向2 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 化学反应的方向 选择题 非选择题 化学反应的调控 选择题 非选择题 安徽卷T17（4） 安徽卷T17（2） 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，安徽命题以非选择题呈现，主要考查化学反应进行的方向、化工生产中条件的选择等。 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。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.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 ( ) 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。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。 （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）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化学反应方向的判据 1．焓判据 （1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。 （2）有些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）结论：焓变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。 2．熵判据 （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，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。 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。 （3）熵判据 ①许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。 例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)； ②有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。 例如：NH3＋HCl === NH4Cl。 ③结论：熵变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。 3．复合判据：ΔG=ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG=0时，反应处于平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 （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 （3）温度对反应方向的影响 4．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 得分速记 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和反应限度的问题。 考向1 自发过程和自发反应 例1（2025·安徽蚌埠·二模）合成气的一种制备原理为  ，在合金催化下，甲烷脱氢阶段的反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是 A．低温利于反应的自发进行 B．脱氢阶段既存在非极性键断裂又存在极性键断裂 C．反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D．在合金催化下，该历程中决速步的化学方程式为 【答案】D 【解析】A．反应是吸热的熵增反应，高温利于其自发进行，A错误； B．脱氢反应阶段不存在非极性键的断裂，B错误； C．反应为吸热反应，正反应的活化能大于逆反应的活化能，C错误； D．从图中可以看出，在合金催化下，活化能最大的为反应ii，是该反应的决速步，其化学方程式为，D正确； 故选D。 【变式训练1·变考法】（2024·安徽·模拟预测）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 【解析】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。 A．平衡常数K只受温度的影响，压强增大，K值不变，A错误； B．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； C．由于该反应、，根据，不一定小于0，在低温时能够自发，C错误； D．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。 【变式训练2·变载体】 下列有关说法不正确的是( ) A．反应在一定条件下可自发进行，且ΔS＜0，则ΔH＜0 B．某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C．反应在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 D．通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 【答案】D 【解析】A项，反应在一定条件下可自发进行，且ΔS＜0，根据ΔH-TΔS＜0，可知ΔH＜0，故A正确；B项，某吸热反应能自发进行，根据ΔH-TΔS＜0，可知ΔS＞0，因此该反应一定是熵增反应，故B正确；C项，反应在室温下可自发进行，正反应气体物质的量减少ΔS＜0，根据ΔH-TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，故C正确；D项，通常情况下，一个放热且熵增的反应，ΔH-TΔS＜0，所以一定能自发进行，故D错误；故选D。 【变式训练3·变考法】 下列关于化学反应的说法中不正确的是( ) A．降低温度，反应物中活化分子百分数不变 B．若某反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都能自发进行 C．1molNH3在不同状态时的熵值： D． ΔH＞0，该反应在高温下能自发进行 【答案】A 【解析】A项，降低温度，反应物中分子所具有的能量普遍降低，部分活化分子变为普通分子，导致反应物中活化分子百分数减小，A错误；B项，若某反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应的ΔG=ΔH-TΔS恒小于零，则该反应在任何温度下都能自发进行，B正确；C项，等质量的不同状态下物质的熵值为气体大于液体大于固体，则1molNH3在不同状态时的熵值：，C正确；D项， ΔH＞0，该反应的ΔG=ΔH-TΔS在高温下小于0，即高温下能自发进行，D正确；故选A。 考向2 化学反应方向的判据 例2（25-26高三上·安徽·开学考试）一定温度下，向一密闭容器中充入1mol和足量发生反应：，测得平衡时的物质的量与压强的关系如图所示。下列叙述不正确的是 A．曲线Ⅱ代表的物质的量与压强的关系 B．上述正反应在较高温度下能自发进行 C．消耗速率和消耗速率之比等于1：2时达到平衡状态 D．M点气体产物总分压与气体反应物分压之比等于1：2 【答案】D 【解析】A．该反应的气体产物分子数大于反应物，增大压强平衡逆向移动，CH4物质的量增大，H2物质的量减小，因此曲线Ⅱ代表CH4，A正确； B．正反应ΔH>0、ΔS>0，高温下，ΔG=ΔH-TΔS<0，反应自发进行，B正确； C．CH4消耗速率为正反应速率，H2消耗速率为逆反应速率，二者之比1:2时，满足v正(CH4)=v逆(CH4)、v正(H2)=v逆(H2)，达到平衡，C正确； D．M点n(CH4)=n(H2)=a，由反应式知n(CO)=n(H2)=a，气体产物总物质的量=2a，反应物CH4物质的量=a，分压之比等于物质的量之比（同温同容），故产物总分压与反应物分压之比=2a:a=2:1，D错误； 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·变考法】下表中内容与结论相对应的是( ) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 该反应一定不能自发进行 D H2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=-546.6 kJ·mol-1， ΔS=+173.8 J·mol-1·K-1 该反应在任意温度下都不能自发进行 【答案】B 【解析】物质由气态变为液态，混乱度减小，即ΔS<0，A项错误；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，ΔS>0，该过程可自发进行，B项正确；ΔH>0，ΔS>0时，根据复合判据可知，高温时ΔH-TΔS<0，即高温条件下，该反应能自发进行，C项错误；由ΔH<0，ΔS>0知，ΔH-TΔS<0，该反应在任意温度下都能自发进行，D项错误。 【变式训练2·变载体】硫酸生产中的催化氧化的原理为。当反应物按投料时，分别在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A． B．高温条件下有利于该反应自发进行 C．、下平衡时产物的平衡分压为 D．a、b两点对应的平衡常数关系为 【答案】C 【解析】A．该反应前后气体系数之和减小，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，SO2的转化率增大，所以，A错误； B．当压强一定时，升高温度，转化率减小，则正反应为放热反应，即；反应前后气体系数之和减小，即，，故高温条件下，不利已该反应的自发进行，B错误； C．、下，平衡转化率为，若设开始时、，则根据，故、下平衡时产物的平衡分压为，C正确； D． a、b两点对应的温度相同，故两点的平衡常数相等，D错误； 故选C。 ( ) 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 J·mol－1·K－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： A.合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 B.400～500℃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·变载体】某温度下发生反应：3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)  ΔH=-92.4kJ/mol，N2的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是 A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数KA<KB C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率 【答案】C 【解析】A．因为是可逆反应，所以不可能生成2mol氨气，因此放出的热量小于92.4kJ，A错误； B．平衡常数只与温度有关系，所以平衡状态由A变到B时，平衡常数不变，B错误； C．根据图象可知，增大压强氮气的转化率增大，平衡向正反应方向移动，氢气转化率提高，C正确； D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，合成氨工业中常采用400~500℃的高温，是因为催化剂在该温度下催化效率高，D错误； 答案选C。 【变式训练2·变题型】下列有关工业合成氨的说法不正确的是( ) A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行 B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率 C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 【答案】B 【解析】A项，减小生成物的浓度，平衡正向移动，故将NH3液化，并不断将液氨移去，利于反应正向进行，A正确；B项，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率降低，则控制温度400~500℃，远高于室温，是为了加快反应速率，B错误；C项，该反应为体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数，C正确；D项，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，D正确；故选B。 【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400~500℃和20~50MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题： （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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是20~50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 （2）该反应放热，但仍选择较高温度400~500℃，其原因是___________。 A．适当提高NH3的合成速率 B．适当提高H2的转化率 C．提高NH3的产率 D．催化剂在500℃左右活性最大 （3）某温度下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是___________。 A．均增加1mol B．均减半 C．均减少1mol D．均加倍 【答案】（1）B （2）AD （3）A 【解析】(1）A项，从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，通过循环使用氮气和氢气，大大提高了氨气的产率，故A错误；B项，由于氨易液化，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了氨的产率，故B正确；C项，该反应正反应是放热反应，高温不利用氨气的合成，合成氨反应温度控制在500℃左右，在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高，故C错误；D项，合成氨是可逆反应，增大压强，平衡向着使压强减小的方向移动，有利于生成氨气，提高原料的利用率，故D错误；故选B； (2）A项，合成氨为放热反应，一般采用400～500℃的温度，其原因是适当提高氨的合成速率，A符合题意；B项，该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，因此选择较高温度400～500℃，原因不是为了提高H2的转化率，B不符合题意；C项，该反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，有利于合成氨，氨的产率能提高，所以选择较高温度400～500℃，原因不是为了提高NH3的产率，C不符合题意；D项，选择较高温度400～500℃，是因为催化剂在 500℃左右时活性最大，催化效果最佳，D符合题意；故选AD； （3）A项，达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol，假设浓度也分别为4 mol/L、2 mol/L、4mol/L，则平衡常数为，均增加1mol，浓度可认为变化为5 mol/L、3 mol/L、5mol/L，此时浓度商，平衡右移，A符合题意；B项，在恒压条件下，各组分的物质的量均减半，体系体积减半，各组分的浓度不变，Qc=K，平衡不移动，B不符合题意；C项，均减少1mol，N2、H2和NH3浓度可认为变化为3 mol/L、1 mol/L、3mol/L，则，平衡左移，C不符合题意；D项，在恒压条件下，各组分的物质的量均加倍，体系体积加倍，各组分的浓度不变，Qc=K，平衡不移动，D不符合题意；故选A。 考向2工业上选择适宜生产条件的原则 例2温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 【答案】D 【解析】A．根据表格数据，温度升高，空时收率先增大后减少，空时收率与的质量、反应时间、催化剂的体积三个因素有关，温度越高，建立平衡需要的反应时间越少，不能判断的质量的变化，也就无法判断反应的焓变，A错误； B．根据数据，温度升高，CO的选择性先逐渐降低，后又升高，说明反应温度在时副反应较多，随着温度升高，催化剂活性可能逐渐增强，对CO的选择性又逐渐升高，B错误； C．时，CO的选择性最高，只能说明此时的副反应较少，不能说明CO生成的转化率是否最高，C错误； D．在时空时收率达到最高，CO的选择性也较高，副反应较少，因此工业生成时，选择效果最好，D正确； 故选D。 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】工业上以黄铁矿(主要成分FeS2)为原料生产硫酸的主要流程如下。 已知：步骤Ⅱ中SO2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SO2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SO2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SO3的吸收效率 【答案】C 【解析】A项，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；B项，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；C项，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；D项，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。 【变式训练2·变载体】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】A．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； B．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； C．反应①，，，根据，反应①更适合在较低温度下进行，C正确； D．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。 【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】二氧化碳催化加氢制甲醇是实现“碳转化”的重要措施，有利于减少温室气体排放，以为原料合成涉及的主要反应如下： Ⅰ. Ⅱ. Ⅲ. 回答下列问题： （1）不同压强下，按照投料，实验测定的平衡转化率随温度的变化关系如下图所示。压强由大到小的顺序为__________；图中温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是__________。 （2）为同时提高的平衡转化率和的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。 A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、高压 D.低温、低压 【答案】（1）；时以反应Ⅱ为主，反应Ⅱ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响 （2）C 【解析】（1）不同压强下，按照投料，实验测定的平衡转化率随温度的变化关系如下图所示，假设温度相同，加压反应III、I平衡都正向移动，转化率增大，得，随着温度升高时，三条曲线几乎交于一点是因为时以反应II为主，反应II前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响，答案：时以反应II为主，反应II前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响； （2）由的平衡转化率随温度的变化关系图可知，温度越低平衡转化率越高，压强越大转化率越高，所以为同时提高的平衡转化率和的平衡产率，应选择的反应条件低温、高压，答案：C。 1．（2024·贵州卷）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． ⅱ． 回答下列问题： （1）反应ⅰ在1000K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。 （2）对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为 ，理由是 。 pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积碳平均含量/% 2.4 9.60 5.35 40.75 4.0 9.80 4.60 45.85 7.0 9.25 4.05 46.80 10.0 10.45 6.45 33.10 12.0 9.95 4.10 49.45 （3）引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下： (两个反应可视为同级数的平行反应) 对于同级数的平行反应有，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活化能，A1、A2为定值，R为常数，T为温度，同一温度下是定值。已知，若要提高苯的产率，可采取的措施有 。 【答案】（1）能 （2）10.0 pH=10.0时，产物中积炭平均含量最低，CH4平均转化率最大，芳烃平均产率最高 （3）加入合适的催化剂(合理即可) 【解析】（1）反应ⅰ．，在1000K时，ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1000K×80.84×10-3kJ·mol-1·K-1=-6.24 kJ·mol-1＜0，故反应ⅰ在1000K时能自发进行。 （2）比较表中数据可以看出，pH=10.0时，CH4平均转化率为最大值10.45%，芳烃平均产率为最大值6.45%，产物中积炭平均含量为最小值33.10%，所以最佳pH为10.0。 （3）已知，加入合适的催化剂，选择性降低Ea,苯，加快生成苯的速率，提高苯的产率。所以若要提高苯的产率，可采取的措施有：加入合适的催化剂(合理即可)。 2．(2025•广东卷) （2）298K下，反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则298K下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。 【答案】（2）能 【解析】（2）反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则根据ΔG=ΔH-TΔS可知，该反应在298K下能自发进行； 3．（2025·黑吉辽蒙卷）乙二醇是一种重要化工原料，以合成气为原料合成乙二醇具有重要意义。 Ⅰ．直接合成法：，不同温度下平衡常数如下表所示。 温度 298K 355K 400K 平衡常数 1.0 （1）该反应的 0(填“>”或“<”)。 （2）实验表明，在500K时，即使压强(34MPa)很高乙二醇产率(7%)也很低，可能的原因是 (答出1条即可)。 Ⅱ．间接合成法：用合成气和制备的DMO合成乙二醇，发生如下3个均放热的连续反应，其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。 （3）在2MPa、催化、固定流速条件下，发生上述反应，初始氢酯比，出口处检测到DMO的实际转化率及MG、乙二醇、乙醇的选择性随温度的变化曲线如图所示[某物质的选择性]。 ①已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，则曲线 (填图中标号，下同)表示DMO的转化率，曲线 表示MG的选择性。 ②有利于提高A点DMO转化率的措施有 (填标号)。 A．降低温度    B．增大压强 C．减小初始氢酯比    D．延长原料与催化剂的接触时间 ③483K时，出口处的值为 (精确至0.01)。 ④A点反应的浓度商 (用物质的量分数代替浓度计算，精确至0.001)。 【答案】（1）< （2）温度过高，反应平衡常数较小导致产率过低(或温度过高，催化剂的催化活性下降导致产率过低) （4）I IV BD 1.98 0.025 【解析】（1）根据表格中的数据，反应温度升高反应的平衡常数减小，说明反应向逆反应方向移动，又因升高温度向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，该反应的ΔH<0。 （2）根据表格中的平衡常数，反应温度在500K时，平衡常数K<，此时平衡常数过小，导致乙二醇产率过低；或温度过高，催化剂的催化活性下降，导致乙二醇产率过低。 （3）MG、乙二醇、乙醇的选择性之和为100，曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，根据曲线的变化，曲线Ⅰ表示DMO的实际转化率；随着反应的进行MG逐渐转化为乙二醇、乙二醇会继续转化成乙醇，根据曲线的变化，曲线IV为MG的选择性曲线，因此曲线III为乙醇的选择性曲线。 ①根据上述分析，曲线I为DMO的实际转化率曲线；曲线IV为MG的选择性曲线； ②A．根据图示，降低温度，DMO的转化率降低，A不符合题意； B．增大压强，反应体系中的活化分子数增加，化学反应速率加快，DMO的转化率增大，B符合题意； C．减小初始的氢酯比导致体系中氢含量下降，DMO的转化率降低，C不符合题意； D．A点时DMO的转化率为80%，升高温度后转化率持续上升说明A点时反应未平衡，延长原料和催化剂的反应时间可以促进反应的继续进行，增大DMO的转化率，D符合题意； 故答案选BD； ③483K时，DMO的实际转化率为99%，设起始投入反应的DMO为100mol，则出口出流出的乙醇的物质的量为100mol×99%×2%=1.98mol，此时还有1mol DMO未反应从出口流出，因此出口处==1.98； ④设初始时H2与DMO的投料分别为52.4mol和1mol，A点时DMO的实际转化率为80%，MG和乙二醇的选择性为50%，假设该反应分步进行，第一步发生DMO转化为MG，可写出如下关系： 第二步反应，MG转化为乙二醇，可写出如下关系： 这时，体系中DMO的物质的量为0.2mol、MG的物质的量为0.4mol、H2的物质的量为50.0mol、CH3OH的物质的量为1.2mol、乙二醇的物质的量为0.4mol，体系中总物质的量为0.2+0.4+50.0+1.2+0.4=52.2mol。用物质的量分数代替浓度计算反应的浓度熵Qx==0.025。 4．(2025·湖南卷) （3）在反应器中，发生如下反应： 反应i：2C2H4(g)C4H8(g) ΔH1＝-104.7kJ·mol−1 反应ii：2C2H4(g)＋H2(g)C4H10(g) ΔH2＝-230.7kJ·mol−1 计算反应C4H8(g)＋H2(g)C4H10(g)的ΔH =_______ kJ·mol−1， 该反应_______(填标号)。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 【答案】（3）﹣126 B 【解析】（3）根据盖斯定律，反应ii－反应i即可得到目标反应，则，该反应是熵减的放热反应，则依据ΔG=ΔH-TΔS＜0反应能自发进行，则低温下自发进行，选B； 12 / 19 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 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化学反应方向的判据 考向1 自发过程和自发反应 考向2 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 化学反应的方向 选择题 非选择题 化学反应的调控 选择题 非选择题 安徽卷T17（4） 安徽卷T17（2） 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，安徽命题以非选择题呈现，主要考查化学反应进行的方向、化工生产中条件的选择等。 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。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.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 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。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。 （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）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化学反应方向的判据 1．焓判据 （1）多数能自发进行的化学反应是 反应。 （2）有些 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）结论：焓变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。 2．熵判据 （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，ΔS= ，化学反应的 越大，越有利于反应 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。 （3）熵判据 ①许多 的反应在常温、常压下可以自发进行。 例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)； ②有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。 例如：NH3＋HCl === NH4Cl。 ③结论： 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。 3．复合判据：ΔG=ΔH－TΔS ΔG 0时，反应 自发进行； ΔG 0时，反应处于 状态； ΔG 0时，反应不能自发进行。 （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 （3）温度对反应方向的影响 4．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： 得分速记 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和反应限度的问题。 考向1 自发过程和自发反应 例1（2025·安徽蚌埠·二模）合成气的一种制备原理为  ，在合金催化下，甲烷脱氢阶段的反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是 A．低温利于反应的自发进行 B．脱氢阶段既存在非极性键断裂又存在极性键断裂 C．反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D．在合金催化下，该历程中决速步的化学方程式为 【变式训练1·变考法】（2024·安徽·模拟预测）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％ 【变式训练2·变载体】 下列有关说法不正确的是( ) A．反应在一定条件下可自发进行，且ΔS＜0，则ΔH＜0 B．某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C．反应在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 D．通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 【变式训练3·变考法】 下列关于化学反应的说法中不正确的是( ) A．降低温度，反应物中活化分子百分数不变 B．若某反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都能自发进行 C．1molNH3在不同状态时的熵值： D． ΔH＞0，该反应在高温下能自发进行 考向2 化学反应方向的判据 例2（25-26高三上·安徽·开学考试）一定温度下，向一密闭容器中充入1mol和足量发生反应：，测得平衡时的物质的量与压强的关系如图所示。下列叙述不正确的是 A．曲线Ⅱ代表的物质的量与压强的关系 B．上述正反应在较高温度下能自发进行 C．消耗速率和消耗速率之比等于1：2时达到平衡状态 D．M点气体产物总分压与气体反应物分压之比等于1：2 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·变考法】下表中内容与结论相对应的是( ) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 该反应一定不能自发进行 D H2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=-546.6 kJ·mol-1， ΔS=+173.8 J·mol-1·K-1 该反应在任意温度下都不能自发进行 【变式训练2·变载体】硫酸生产中的催化氧化的原理为。当反应物按投料时，分别在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A． B．高温条件下有利于该反应自发进行 C．、下平衡时产物的平衡分压为 D．a、b两点对应的平衡常数关系为 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 J·mol－1·K－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 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强( MPa) 温度 适宜温度， ℃ 催化剂 使用铁触媒做 剂(500℃左右时的活性最大) 浓度 N2和H2的物质的量之比为 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： A.合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 B.400～500℃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·变载体】某温度下发生反应：3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)  ΔH=-92.4kJ/mol，N2的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是 A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数KA<KB C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率 【变式训练2·变题型】下列有关工业合成氨的说法不正确的是( ) A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行 B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率 C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400~500℃和20~50MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题： （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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是20~50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 （2）该反应放热，但仍选择较高温度400~500℃，其原因是___________。 A．适当提高NH3的合成速率 B．适当提高H2的转化率 C．提高NH3的产率 D．催化剂在500℃左右活性最大 （3）某温度下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是___________。 A．均增加1mol B．均减半 C．均减少1mol D．均加倍 考向2工业上选择适宜生产条件的原则 例2温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 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】工业上以黄铁矿(主要成分FeS2)为原料生产硫酸的主要流程如下。 已知：步骤Ⅱ中SO2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SO2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SO2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SO3的吸收效率 【变式训练2·变载体】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 【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】二氧化碳催化加氢制甲醇是实现“碳转化”的重要措施，有利于减少温室气体排放，以为原料合成涉及的主要反应如下： Ⅰ. Ⅱ. Ⅲ. 回答下列问题： （1）不同压强下，按照投料，实验测定的平衡转化率随温度的变化关系如下图所示。压强由大到小的顺序为__________；图中温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是__________。 （2）为同时提高的平衡转化率和的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。 A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、高压 D.低温、低压 1．（2024·贵州卷）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． ⅱ． 回答下列问题： （1）反应ⅰ在1000K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。 （2）对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为 ，理由是 。 pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积碳平均含量/% 2.4 9.60 5.35 40.75 4.0 9.80 4.60 45.85 7.0 9.25 4.05 46.80 10.0 10.45 6.45 33.10 12.0 9.95 4.10 49.45 （3）引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下： (两个反应可视为同级数的平行反应) 对于同级数的平行反应有，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活化能，A1、A2为定值，R为常数，T为温度，同一温度下是定值。已知，若要提高苯的产率，可采取的措施有 。 2．(2025•广东卷) （2）298K下，反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则298K下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。 3．（2025·黑吉辽蒙卷）乙二醇是一种重要化工原料，以合成气为原料合成乙二醇具有重要意义。 Ⅰ．直接合成法：，不同温度下平衡常数如下表所示。 温度 298K 355K 400K 平衡常数 1.0 （1）该反应的 0(填“>”或“<”)。 （2）实验表明，在500K时，即使压强(34MPa)很高乙二醇产率(7%)也很低，可能的原因是 (答出1条即可)。 Ⅱ．间接合成法：用合成气和制备的DMO合成乙二醇，发生如下3个均放热的连续反应，其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。 （3）在2MPa、催化、固定流速条件下，发生上述反应，初始氢酯比，出口处检测到DMO的实际转化率及MG、乙二醇、乙醇的选择性随温度的变化曲线如图所示[某物质的选择性]。 ①已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，则曲线 (填图中标号，下同)表示DMO的转化率，曲线 表示MG的选择性。 ②有利于提高A点DMO转化率的措施有 (填标号)。 A．降低温度    B．增大压强 C．减小初始氢酯比    D．延长原料与催化剂的接触时间 ③483K时，出口处的值为 (精确至0.01)。 ④A点反应的浓度商 (用物质的量分数代替浓度计算，精确至0.001)。 4．(2025·湖南卷) （3）在反应器中，发生如下反应： 反应i：2C2H4(g)C4H8(g) ΔH1＝-104.7kJ·mol−1 反应ii：2C2H4(g)＋H2(g)C4H10(g) ΔH2＝-230.7kJ·mol−1 计算反应C4H8(g)＋H2(g)C4H10(g)的ΔH =_______ kJ·mol−1， 该反应_______(填标号)。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 12 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $