第04讲 化学反应的方向、化学反应的调控（复习讲义）（山东专用）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 考情解码·命题预警 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 化学反应的方向与能量、熵变的关系 知识点3 化学反应方向判断方法 考向1 考查自发过程和自发反应的概念 考向2 考查化学反应方向的判据 思维建模 化学反应方向的判据思维方式 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 工业合成氨的条件选择 考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择 考向2 考查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 04 真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 化学反应的调控 选择题 非选择题 山东卷T20 考情分析： 分析近3年的山东高考化学试题，可以看出高考没有对化学反应的方向相关知识进行考查，该知识点较小，未来可能会以一个选项或者一个小问的形式出现，因此不容忽视。高考对化学反应的调控的考查主要还是以综合题的形式出现，涉及知识点众多。 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）概念：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，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 （1）概念：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 （2）特点： 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 化学反应的方向与能量、熵变的关系 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 化学反应方向判断方法 1．传统的判断方法 （1）由不稳定物质向稳定物质转变 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：NaCO3＞NaHCO3。 （2）离子反应中，对于复分解反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变，或向离子浓度减小的方向转变。 ①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。 如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。 ②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变。 如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性强弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。 （3）由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变。 ①由难挥发性酸向易挥发性酸转变。 如NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑，所以沸点：H2SO4(浓)＞HCl。 ②由难挥发性酸酐向易挥发性酸酐转变。 如CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以沸点：SiO2＞CO2。 ③由难挥发性金属向易挥发性金属转变。 如2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。 （4）由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质的转变。 如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。 2．用焓变和熵变判断反应的方向 体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。 （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: （5）总结 焓判据 放热过程中体系能量降低，ΔH＜0，具有自发进行的倾向。 【温馨提醒】有些吸热反应反应也能自发进行，因此焓变判断反应方向不全面。 熵判据 ①熵的大小：同种物质，熵值：气态＞液态＞固态 ②熵判据：体系的混乱度增大，ΔS＞0，反应有自发进行的倾向。 【温馨提醒】有些熵减的过程也也能自发进行，故熵变判断反应方向也不全面。 复合 判据 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ＜0 ＞0 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＞0 ＜0 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＞0 ＞0 低温为正 低温时非自发 高温为负 高温时自发 ＜0 ＜0 低温为负 低温时自发 高温为正 高温时非自发 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判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)都是能够自发进行的。 考向1 考查自发过程和自发反应的概念 例1下列说法正确的是 A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应 C．自发反应在一定条件下才能实现 D．自发反应在任何条件下都能实现 【答案】C 【解析】A．同一物质：，A错误； B．反应是否自发，是由熵变和焓变共同决定的，即时，反应能自发进行，故自发反应的熵不一定增大，也可能减小，B错误； C．过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，C正确； D．由C分析可知，过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，，D错误； 故选C。 【易错提醒】关于反应自发性需要注意：（1）化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。（2）自发过程的两种倾向：①体系趋向于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，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 【变式训练1】下列各说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应不一定都是放热反应 B．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成 C．同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程 D．-10℃的水结成冰，可用熵变判据来解释该变化过程的自发性 【答案】A 【解析】A．反应放热有利于反应的自发进行，但焓变不是唯一的判据。能够自发进行的反应不一定都是放热反应，有些吸热反应也能自发进行，A正确；B．有些自发进行的反应需要在一定的温度下才能发生，比如碳酸钙的分解常温很难自发进行，但加热到一定温度碳酸钙分解为二氧化碳和氧化钙，B错误；C．同一物质：由固体→液体→气体变化体系混乱程度增加，是熵增的过程，C错误 ；D．水结成冰是熵减小的过程，依据熵判据应该是非自发的，D错误；故答案为：A。 考向2 考查化学反应方向的判据 例2判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 ① 反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1的ΔS＞0 × ② 反应2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g)能够自发的原因是ΔS＞0 × ③ 反应4HCl(g)＋O2(g)＝2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔS＞0 × ④ 反应2NO(g)＋2CO(g)＝2CO2(g)＋N2(g)能自发进行，说明反应物的总能量大于产物的总能量 √ ⑤ 反应4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＜0在高温、低温条件下都能自发进行 √ 思维建模 化学反应方向的判据思维方式 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】下列说法不正确的是 A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．当ΔH<0，ΔS>0时，反应能自发进行 C．2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．反应NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 【答案】C 【解析】A．熵代表混乱度，液体混乱度＞固体混乱度，则冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程，A正确； B．当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能自发进行，B正确； C．该反应是气体体积减小的熵减反应，根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS知，在常温下能自发进行，则该反应ΔH<0，C错误； D．该反应是气体体积减小的熵减反应，根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS<0，在常温下能自发进行，则该反应ΔH<0，D正确； 故选C。 【变式训练2】列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是 A．常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 B．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)] C．凡是需要加热的反应都不能自发进行 D．反应2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)  ΔH>0能否自发进行与温度无关 【答案】A 【分析】反应的自发性和熵变、焓变都有关，当ΔG=ΔH-TΔS<0时，反应可自发进行。 【解析】A．反应的自发性由焓变和熵变共同决定，根据方程式可知，该反应ΔS>0，常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0，A项正确； B．物质聚集状态不同，熵值不同，同种物质在不同状态时的熵值：气态>液态>固态，B项错误； C．反应的自发性由焓变和熵变共同决定，反应能否自发进行，与是否需要加热没有必然联系，C项错误； D．该反应的ΔS>0，ΔH>0，该反应可在高温下自发进行，D项错误； 故选A。 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 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 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 知识点2 工业合成氨的条件选择 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 考查合成氨反应适宜条件的选择 例1下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高H2的平衡转化率 C．合成氨采用2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 【答案】D 【解析】A. 催化剂可提高合成氨反应的速率，但不影响平衡移动，故不影响平衡转化率。故A错误； B. 合成氨是放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，利于提高H2的平衡转化率，但反应速率跟温度有关，温度越高速率越大，所以温度是取在既保证一定速率，又保证反应尽量向正反应方向移动，同时还要确保催化剂活性，因为催化剂活性跟温度关系很大，一般合成氨反应500℃是保证催化活性最大，不是为了使化学平衡向正反应方向移动，故B错误； C. 合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高正反应速率，跟催化剂无关，故C错误； D. 合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高正反应速率，故合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间，故D正确； 故选D。 思维建模 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。 【变式训练1】哈伯在1905年发明了合成氨的方法。 Ⅰ.其合成原理为：，。请回答下列问题： （1）合成氨反应在常温下 （填“能”或“不能”）自发。 Ⅱ.实验如表所示，可推导出合成氨的速率方程：， 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q （2） ； （3）根据已知信息，以下措施既能加快反应速率，又能提高平衡转化率的是 （填序号）。 a.加压       b.改进催化剂性能        c.升温        d.将、浓度都变为原来的2倍 Ⅲ.合成氨反应，初始时进料体积比，在相同催化剂条件下平衡气体中的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。 （4）a、b化学反应速率较大的是 （填“a”或“b”）； （5）在500℃、压强为10P0时，N2的转化率为 ，Kp= ［Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数（分压总压物质的量分数），用含有的代数式表示］。 Ⅳ.如图为利用和空气中的以超薄纳米为催化剂在光照下合成氨的原理。 （6）已知.，则上述合成氨的热化学方程式为 。 【答案】（1）能 （2）-1 （3）ad （4）b （5）33.3% （6） 【解析】（1），所以合成氨反应在常温下能自发进行； （2）根据表格可列式，解得； （3）a．加压能加快化学反应速率，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正向移动，所以平衡转化率提高，故a正确； b．改进催化剂性能只能改变化学反应速率，无法使平衡移动，故b错误； c．升温能加快化学反应速率，平衡向吸热反应方向移动，即逆向移动，所以平衡转化率降低，故c错误； d．将、浓度都变为原来的2倍，能加快化学反应速率，相当于在原平衡的基础上加压，所以平衡正向进行，平衡转化率提高，故d正确； 故选ad； （4）b温度和压强比a更高，所以b的化学反应速率较大； （5）由图可知，在500℃、压强为10P0时，氨的物质的量分数为20%，设N2的转化量为x mol，根据三段法可列，，解得，所以N2的转化率为；N2、H2、NH3的物质的量分数分别为20%、60%、20%，则； （6）根据方程式可知，该反应的焓变可由两个反应、焓变计算得到，所以合成氨的热化学方程式为。 【变式训练2】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。 回答下列问题： （1）合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。 （2）______温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 （4）方案二：M－LiH复合催化剂。 下列说法正确的是__________(填字母)。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 （5）某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________； 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为_______(填字母)。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 【答案】（1）能 （2）高 低 （4）a （5）－1 a 【解析】（1）对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·mol－1)＝－32.8 kJ·mol－1＜0，故合成氨反应在常温下能自发；（2）其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度；（4）由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误；（5）将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确、c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。 考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则 例2常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断正确的是 A．升高温度，该反应的平衡常数减小 B．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO) C．第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度应选30 ℃ D．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低 【答案】A 【解析】A项，反应Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)正反应是一个熵减的自发反应，故可判断该反应是放热反应，所以升高温度，该反应的平衡常数减小，正确；B项，该反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，错误；C项，Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4，反应温度应选50 ℃，错误；D项，Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常数K＝＝2×10－5，第二阶段反应为Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，平衡常数K＝＝＝5×104，故Ni(CO)4分解率较高，错误。 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程 【变式训练1】硫酸工业制法中，反应之一为：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol－1。 科学家分析其主要反应机理如下 反应Ⅰ：V2O5(s)＋SO2(g)＝V2O4(s)＋SO3(g) ΔH1＝＋24 kJ·mol－1 反应Ⅱ：…… 反应中的能量变化如图。下列说法中不正确的是 A．反应Ⅱ的热化学方程式为：2V2O4(s)＋O2(g)＝2V2O5(s) ΔH2＝－123 kJ·mol－1 B．使用V2O5作为反应催化剂，降低了反应的活化能 C．通入过量空气，可提高SO2的平衡转化率 D．温度选择450℃是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果 【答案】A 【解析】A项，根据盖斯定律，由总反应减去(反应Ⅰ乘×2)得反应Ⅱ，2V2O4(s)＋O2(g)＝2V2O5(s) ΔH2＝－198 kJ·mol－1－24 kJ·mol－1×2＝－246 kJ·mol－1，不正确；B项，使用V2O5作为反应催化剂，降低了反应的活化能，改变了反应的历程，正确；C项，通入过量空气，可促进SO2的转化，平衡正向移动，可提高SO2的平衡转化率，正确；D项，反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于SO2的转化，但反应速率较快且该温度下催化剂的活性大，故温度选择450℃是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果，正确。 【变式训练2】用CO2制备CH3OH可实现CO2的能源化利用，反应如下：CO2＋3H2CH3OH＋H2O。 （1）在523 K、V L密闭容器中发生上述反应，下列说法能作为判断反应达到平衡状态的标志是________(填字母序号)。 a．容器内压强不再改变 b．体系内的气体密度不再改变 c．混合气体的平均摩尔质量不再改变 d．甲醇的浓度不再改变 （2）工业上用CO2制备CH3OH的过程中存在以下副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1。将反应物混合气按进料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3通入反应装置，选择合适的催化剂，发生反应。 ①不同温度和压强下，CH3OH平衡产率和CO2平衡转化率分别如图1、图2。 i．图1中，压强p1______p2(填“＞”“＝”或“＜”)。 ii．图2中，压强为p2，温度高于503 K后，CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是________________ ___________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________。 ②实际生产中，测得压强为p3时，相同时间内不同温度下的CH3OH产率如图3。 图3中523 K时的CH3OH产率最大，可能的原因是________(填字母序号)。 a．此条件下主反应限度最大 b．此条件下主反应速率最快 c．523 K时催化剂的活性最强 【答案】（1）acd （2）①＞ CO2平衡转化率为正反应和副反应的CO2平衡转化率之和。副反应为吸热反应，随温度升高CO2平衡转化率升高，主反应为放热反应，随温度升高CO2平衡转化率降低，温度较高时，CO2平衡转化率主要取决于副反应 ②bc 【解析】（1）a．正反应体积减小，压强是变量，所以容器内压强不再改变说明反应达到平衡状态，a正确；b．反应前后容器容积和混合气体的质量均是不变的，混合气体的密度始终不变，所以体系内的气体密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，b错误；c．正反应体积减小，混合气体的质量不变，平均摩尔质量是变量，所以混合气体的平均摩尔质量不再改变说明反应达到平衡状态，c正确；d．甲醇的浓度不再改变说明反应达到平衡状态，d正确；（2）①i．反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)为气体分子总数减小的反应，压强增大，平衡向正反应方向移动，有利于甲醇的生成；由图1可知p1时的甲醇平衡产率高于p2时的，因此，p1＞p2；ii．图2中，压强为p2时，CO2平衡转化率为正反应和副反应的CO2平衡转化率之和，副反应为吸热反应，随温度升高CO2平衡转化率升高，主反应为放热反应，温度高于503 K后，CO2平衡转化率降低，因温度较高时，CO2平衡转化率主要取决于副反应，所以CO2平衡转化率随温度升高而增大；②图3中523 K时的CH3OH产率最大，a．主反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，故a错误；b．温度越高，速率越快，所以此条件下主反应速率最快，造成产率增大，故b正确；c．催化剂能成千上万倍的加快反应速率，说明523 K时催化剂的活性最强，故c正确。 1．（2024·江苏卷）催化剂能改变化学反应速率而不改变反应的焓变，常见倠化剂有金属及其氧化物、酸和碱等。倠化反应广泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金刚石、和制(二甲醚)、倠化氧化等。催化剂有选择性，如与反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用催化生成。催化作用能消除污染和影响环境，如汽车尾气处理、废水中电倠化生成、氯自由基催化分解形成臭氧空洞。我国在石油催化领域领先世界，高效、经济、绿色是未来催化剂研究的发展方向。下列说法正确的是 A．豆科植物固氮过程中，固氮酶能提高该反应的活化能 B．与反应中，Ag催化能提高生成的选择性 C．制反应中，能加快化学反应速率 D．与反应中，能减小该反应的焓变 【答案】C 【解析】固氮酶是豆科植物固氮过程的催化剂，能降低该反应的活化能，A错误； B．根据题意，催化剂有选择性，如C2H4与O2反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO，则判断Ag催化不能提高生成CH3CHO的选择性，B错误； C． MnO2是H2O2制O2反应的催化剂，能加快化学反应速率，C正确； D． V2O5是SO2与O2反应的催化剂，能加快反应速率，但不能改变该反应的焓变，D错误； 故选C。 2．（2024·浙江6月卷）二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应： I． II． 向容积为的密闭容器中投入和，不同温度下，测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表，下列说法不正确的是 温度() 400 500 600 乙烷转化率() 2.2 9.0 17.8 乙烯选择性() 92.6 80.0 61.8 注：乙烯选择性 A．反应活化能： B．时，反应I的平均速率为： C．其他条件不变，平衡后及时移除，可提高乙烯的产率 D．其他条件不变，增大投料比投料，平衡后可提高乙烷转化率 【答案】D 【解析】由表可知，相同温度下，乙烷在发生转化时，反应Ⅰ更易发生，则反应活化能：Ⅰ<Ⅱ，A正确；由表可知，500℃时，乙烷的转化率为9.0%，可得转化的乙烷的总物质的量为2mol×9.0%=0.18mol，而此温度下乙烯的选择性为80%，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18mol×80%=0.144mol，根据方程式可得，生成乙烯的物质的量为0.144mol，则反应I的平均速率为：，B正确；其他条件不变，平衡后及时移除，反应Ⅰ正向进行，可提高乙烯的产率，C正确；其他条件不变，增大投料比投料，平衡后CO2转化率提高，C2H6转化率降低，D错误。 3．（2023·江苏卷）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为       在密闭容器中，、时，平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率随温度的变化如题图所示。的选择性可表示为。下列说法正确的是    A．反应的焓变 B．的平衡选择性随着温度的升高而增加 C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530℃ D．450℃时，提高的值或增大压强，均能使平衡转化率达到X点的值 【答案】D 【解析】A．由盖斯定律可知反应的焓变，A错误； B．为放热反应，升高温度平衡逆向移动，的含量降低，故的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误； C．由图可知温度范围约为350~400℃时二氧化碳实际转化率最高，为最佳温度范围，C错误； D．450℃时，提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强反应I平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使平衡转化率达到X点的值，D正确。 故选D。 4．（2022·江苏卷）用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是 A．上述反应 B．上述反应平衡常数 C．上述反应中消耗，转移电子的数目为 D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小 【答案】B 【解析】A．由方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的反应，即熵增的反应，反应△S＞0，故A错误； B．由方程式可知，反应平衡常数，故B正确； C．由方程式可知，反应每消耗4mol氨气，反应转移12mol电子，则反应中消耗1mol氨气转移电子的数目为3mol×4××6.02×1023=3×6.02×1023，故C错误； D．实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，故D错误； 故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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 考情解码·命题预警 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 化学反应的方向与能量、熵变的关系 知识点3 化学反应方向判断方法 考向1 考查自发过程和自发反应的概念 考向2 考查化学反应方向的判据 思维建模 化学反应方向的判据思维方式 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 工业合成氨的条件选择 考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择 考向2 考查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 04 真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 化学反应的调控 选择题 非选择题 山东卷T20 考情分析： 分析近3年的山东高考化学试题，可以看出高考没有对化学反应的方向相关知识进行考查，该知识点较小，未来可能会以一个选项或者一个小问的形式出现，因此不容忽视。高考对化学反应的调控的考查主要还是以综合题的形式出现，涉及知识点众多。 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）概念：在一定条件下， 就能自动进行的过程。 （2）特点： ①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部 或 热量)。 ②在密闭条件下，体系有从 转变为 的倾向性(无序体系更加 )。 2．自发反应 （1）概念：在一定条件下 就能自发进行的反应称为自发反应。 （2）特点： ①自发反应具有 ，即反应的某个方向在一定条件下 进行，而该反应的逆方向在该条件下肯定 进行。 ②能够自发进行的反应在常温下 能够发生，自发性只能用于判断反应的 ,不能确定反应 一定会发生和发生的速率。 知识点2 化学反应的方向与能量、熵变的关系 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 化学反应方向判断方法 1．传统的判断方法 （1）由 物质向 物质转变 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：NaCO3＞NaHCO3。 （2）离子反应中，对于复分解反应，一般是由 的物质向 的物质转变，或向离子浓度 的方向转变。 ①由溶解度 的物质向溶解度 的物质转变。 如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。 ②由相对 酸(碱)向相对 酸(碱)转变。 如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性强弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。 （3）由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变。 ①由 挥发性酸向 挥发性酸转变。 如NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑，所以沸点：H2SO4(浓)＞HCl。 ②由 挥发性酸酐向 挥发性酸酐转变。 如CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以沸点：SiO2＞CO2。 ③由 挥发性金属向 挥发性金属转变。 如2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。 （4）由氧化性(还原性) 的物质向氧化性(还原性) 的物质的转变。 如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。 2．用焓变和熵变判断反应的方向 体系的自由能变化(符号为 ，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ 。 （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: （5）总结 焓判据 放热过程中体系能量 ，ΔH 0，具有自发进行的倾向。 【温馨提醒】有些吸热反应反应也能自发进行，因此焓变判断反应方向不全面。 熵判据 ①熵的大小：同种物质，熵值：气态 液态 固态 ②熵判据：体系的混乱度 ，ΔS 0，反应有自发进行的倾向。 【温馨提醒】有些熵减的过程也也能自发进行，故熵变判断反应方向也不全面。 复合 判据 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 0 0 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 0 0 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＞0 ＞0 温为正 温时非自发 温为负 温时自发 ＜0 ＜0 温为负 温时自发 温为正 温时非自发 得分速记 ①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的 ，具体的反应能否实际发生，还涉及到 的问题。 ②判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)都是能够自发进行的。 考向1 考查自发过程和自发反应的概念 例1下列说法正确的是 A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应 C．自发反应在一定条件下才能实现 D．自发反应在任何条件下都能实现 【易错提醒】关于反应自发性需要注意：（1）化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。（2）自发过程的两种倾向：①体系趋向于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，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 【变式训练1】下列各说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应不一定都是放热反应 B．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成 C．同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程 D．-10℃的水结成冰，可用熵变判据来解释该变化过程的自发性 考向2 考查化学反应方向的判据 例2判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 ① 反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1的ΔS＞0 × ② 反应2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g)能够自发的原因是ΔS＞0 × ③ 反应4HCl(g)＋O2(g)＝2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔS＞0 × ④ 反应2NO(g)＋2CO(g)＝2CO2(g)＋N2(g)能自发进行，说明反应物的总能量大于产物的总能量 √ ⑤ 反应4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＜0在高温、低温条件下都能自发进行 √ 思维建模 化学反应方向的判据思维方式 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】下列说法不正确的是 A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．当ΔH<0，ΔS>0时，反应能自发进行 C．2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．反应NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 【变式训练2】列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是 A．常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 B．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)] C．凡是需要加热的反应都不能自发进行 D．反应2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)  ΔH>0能否自发进行与温度无关 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 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 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 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 知识点2 工业合成氨的条件选择 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 温度 催化剂 浓度 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 考查合成氨反应适宜条件的选择 例1下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高H2的平衡转化率 C．合成氨采用2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 思维建模 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。 【变式训练1】哈伯在1905年发明了合成氨的方法。 Ⅰ.其合成原理为：，。请回答下列问题： （1）合成氨反应在常温下 （填“能”或“不能”）自发。 Ⅱ.实验如表所示，可推导出合成氨的速率方程：， 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q （2） ； （3）根据已知信息，以下措施既能加快反应速率，又能提高平衡转化率的是 （填序号）。 a.加压       b.改进催化剂性能        c.升温        d.将、浓度都变为原来的2倍 Ⅲ.合成氨反应，初始时进料体积比，在相同催化剂条件下平衡气体中的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。 （4）a、b化学反应速率较大的是 （填“a”或“b”）； （5）在500℃、压强为10P0时，N2的转化率为 ，Kp= ［Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数（分压总压物质的量分数），用含有的代数式表示］。 Ⅳ.如图为利用和空气中的以超薄纳米为催化剂在光照下合成氨的原理。 （6）已知.，则上述合成氨的热化学方程式为 。 【变式训练2】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。 回答下列问题： （1）合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。 （2）______温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 （4）方案二：M－LiH复合催化剂。 下列说法正确的是__________(填字母)。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 （5）某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________； 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为_______(填字母)。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则 例2常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断正确的是 A．升高温度，该反应的平衡常数减小 B．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO) C．第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度应选30 ℃ D．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程 【变式训练1】硫酸工业制法中，反应之一为：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol－1。 科学家分析其主要反应机理如下 反应Ⅰ：V2O5(s)＋SO2(g)＝V2O4(s)＋SO3(g) ΔH1＝＋24 kJ·mol－1 反应Ⅱ：…… 反应中的能量变化如图。下列说法中不正确的是 A．反应Ⅱ的热化学方程式为：2V2O4(s)＋O2(g)＝2V2O5(s) ΔH2＝－123 kJ·mol－1 B．使用V2O5作为反应催化剂，降低了反应的活化能 C．通入过量空气，可提高SO2的平衡转化率 D．温度选择450℃是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果 【变式训练2】用CO2制备CH3OH可实现CO2的能源化利用，反应如下：CO2＋3H2CH3OH＋H2O。 （1）在523 K、V L密闭容器中发生上述反应，下列说法能作为判断反应达到平衡状态的标志是________(填字母序号)。 a．容器内压强不再改变 b．体系内的气体密度不再改变 c．混合气体的平均摩尔质量不再改变 d．甲醇的浓度不再改变 （2）工业上用CO2制备CH3OH的过程中存在以下副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1。将反应物混合气按进料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3通入反应装置，选择合适的催化剂，发生反应。 ①不同温度和压强下，CH3OH平衡产率和CO2平衡转化率分别如图1、图2。 i．图1中，压强p1______p2(填“＞”“＝”或“＜”)。 ii．图2中，压强为p2，温度高于503 K后，CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是________________ ___________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________。 ②实际生产中，测得压强为p3时，相同时间内不同温度下的CH3OH产率如图3。 图3中523 K时的CH3OH产率最大，可能的原因是________(填字母序号)。 a．此条件下主反应限度最大 b．此条件下主反应速率最快 c．523 K时催化剂的活性最强 1．（2024·江苏卷）催化剂能改变化学反应速率而不改变反应的焓变，常见倠化剂有金属及其氧化物、酸和碱等。倠化反应广泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金刚石、和制(二甲醚)、倠化氧化等。催化剂有选择性，如与反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用催化生成。催化作用能消除污染和影响环境，如汽车尾气处理、废水中电倠化生成、氯自由基催化分解形成臭氧空洞。我国在石油催化领域领先世界，高效、经济、绿色是未来催化剂研究的发展方向。下列说法正确的是 A．豆科植物固氮过程中，固氮酶能提高该反应的活化能 B．与反应中，Ag催化能提高生成的选择性 C．制反应中，能加快化学反应速率 D．与反应中，能减小该反应的焓变 2．（2024·浙江6月卷）二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应： I． II． 向容积为的密闭容器中投入和，不同温度下，测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表，下列说法不正确的是 温度() 400 500 600 乙烷转化率() 2.2 9.0 17.8 乙烯选择性() 92.6 80.0 61.8 注：乙烯选择性 A．反应活化能： B．时，反应I的平均速率为： C．其他条件不变，平衡后及时移除，可提高乙烯的产率 D．其他条件不变，增大投料比投料，平衡后可提高乙烷转化率 3．（2023·江苏卷）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为       在密闭容器中，、时，平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率随温度的变化如题图所示。的选择性可表示为。下列说法正确的是    A．反应的焓变 B．的平衡选择性随着温度的升高而增加 C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530℃ D．450℃时，提高的值或增大压强，均能使平衡转化率达到X点的值 4．（2022·江苏卷）用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是 A．上述反应 B．上述反应平衡常数 C．上述反应中消耗，转移电子的数目为 D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $