专题04 化学反应的方向和调控（期中复习讲义）高二化学上学期人教版

专题04 化学反应的方向和调控 考查重点 命题角度 化学反应的方向 了解熵变，理解ΔH、ΔS对化学反应方向的影响；综合运用焓变与熵变判断反应的方向。 合成氨反应的特点及适宜条件的选择 理解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响，知道工业生产氨的适宜条件，了解合成氨生产的主要流程。 化学反应的调控 根据工业生产条件选择的依据和原则，利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释理解调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 一、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_____________。 3．自发过程和自发反应的区别 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，_____________，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以_________进行到显著程度的化学反应 特征 具有_________，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定_____________ 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 特｜别｜提｜醒 (1)不能认为自发反应都是不需要任何条件就能发生的，自发反应的“一定的条件”，可以是一定的温度和压强，可以是“点燃、光照、加热、高温”等给反应物提供能量的条件，“外界帮助”指通电、放电等，如氢气的燃烧是自发的通过需点燃才能发生；也不能认为非自发反应在任何条件下都是不能发生的，如NaCl在通电条件可分解生成Na和Cl2。 (2)不能认为自发反应应用普通，非自发反应没有应用价值。将电能、热能转化为化学能的许多非自发反应是制备物质的重要反应，如电解法去冶炼钠、镁、铝和制取氯气等。 (3)反应能否自发进行与反应速率无关。 二、化学反应的方向 1．化学反应的方向与焓变的关系 (1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 ①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH____0，常温下能自发进行。 ②Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH_____0，常温下能自发进行。 ③ (NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。 ④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在常温下_________自发进行，但在较高温度下能自发进行。 (2)自发反应与焓变的关系 大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。 2．化学反应的方向与熵变的关系 (1)熵的含义 自发过程的体系趋向于由_________转变为_________，体系的混乱度_________。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的_____________程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的_________越大。 (2)影响熵大小的因素 ①同一条件下，不同的物质熵值_________。 ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。 ③物质的量越大，分子数越多，熵值_________。 ④物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵_________的过程。 ⑤气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵_________的反应。 ⑥气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵_________的反应。 (3)反应熵变与反应方向 ①二者关系 — ②结论：不能仅用反应_________来判断反应能否自发进行。 (4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否_________进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。 3．判断化学反应方向的判据 (1)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_________自发进行。 (2)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：_________ 三、化学反应的调控 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 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS________，能_________进行 可逆性 反应为_________反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积_________的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的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_________、提高平衡混合物中____的含量，请填写下表。 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反应速率 _______反应物浓度 _________温度 _______压强 使用 提高平衡混合物中中氨的含量 增大反应物浓度， 降低生成物浓度 _______温度 _______压强 无影响 3．数据分析 在不同温度和_______下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中____的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是____________、____________；提高平衡混合物中氨的含量的条件是_____________、_____________。二者在温度这一措施上是不一致的。 4．工业合成氨的适宜条件 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大_______ ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的_______越大，会增加生产投资，并可能__________________________ 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为_____________MPa 温度 原理分析 ①_____________有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故_____________ ③催化剂的_______在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为_________℃(此温度下催化剂的_________) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然_______。 使用_______在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以____为主体的多成分催化剂，又称_______ (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过_______) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中_______的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速_______的方法，使气态氨变成_______后及时从平衡混合物中分离出去 将_______分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的_______ (既提高了原料的_______，又提高了_____________，有利于合成氨反应) 5．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 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用_______作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体_______使用；及时补充N2和H2 6．合成氨的工艺流程 7. 工业生产中适宜生产条件的选择思路 (1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。 (2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。 (3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。 (4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。 影响 因素 有利于加快反应速率的控制 有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度 不断补充反应物、及时分离出生成物 压强 高压(有气体参加) ΔV<0 高压 设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔV>0 低压 兼顾速率和平衡、选取适宜的压强 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，尽量采取高温并选取合适催化剂 催化剂 加合适的催化剂 无影响 加合适的催化剂， 考虑催化剂活性与温度关系 题型一 自发过程与自发反应 【典例1】化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是( ) A．墨汁加到清水中使整杯水变黑 B．水在0℃以下结为冰 C．水从高处往低处流 D．石灰石转化为生石灰 方｜法｜点｜拨 (1)自发过程或反应具有方向性，即过程或反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程或反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。 (2)能够自发进行的过程或反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断过程或反应的方向，不能确定过程或反应是否一定会发生和发生的速率。 【变式1-1】下列过程是非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．氯气和溴化钾溶液的反应 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰 【变式1-2】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．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式1-3】在常温常压下，下列属于自发过程的是( ) A．2C(s) + O2(g) = 2CO(g) B．NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) C．CH3COOH(l) = CH3COOH(s) D．2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72-(aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq) 题型二 熵变 【典例2】(2025•北京高二期中)下列反应属于熵减小过程的是( ) A．过氧化钠和水反应 B．二氧化硫和氢硫酸反应 C．二氧化锰和浓盐酸加热反应 D．碳和浓硝酸反应 方｜法｜点｜拨 (1)同一种物质由固态到液态、由液态到气态或自固态直接到气态的过程，是熵增加的过程，其熵变为正值。 (2)气态物质的物质的量增大的反应，是熵增加的反应，熵变通常是正值。 (3)气态物质的物质的量减小的反应，是熵减小的反应，熵变通常是负值。 【变式2-1】下列对熵变的判断中不正确的是( ) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【变式2-2】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是( ) A．1 mol Cl2(g)＞2 mol Cl2(g) B．2 mol H2O(l)＞2 mol H2O(g) C．1 mol CH4(g)＜1 mol C2H6(g) D．1 mol C(s，金刚石)的熵值＞1 mol C(s，石墨) 【变式2-3】下列说法正确的是( ) A．常温常压下，Na2CO3、CaCO3的溶解焓变相近，Na2CO3(s) 2Na+(aq)+CO32-(aq) ΔS1；CaCO3(s) Ca2+(aq)+CO32-(aq) ΔS2，则ΔS1＞ΔS2 B．NaCl(s)=NaCl (1) ΔS＜0 C．常温常压下，3O2(g)2O3 (g) ΔS＞0 D．常温常压下，2CO(g) C(s)+O2 (g) ΔS＞0 题型三 化学反应方向的判断 【典例3】下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( ) A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 方｜法｜点｜拨 判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。 1．在一定温度下， (1)ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发进行。 (2)ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行。 (3)ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。 2．反应方向的综合判据ΔH-TΔS 3．温度对反应方向的影响 【变式3-1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是( ) A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ B．NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) ΔH<0 C．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH>0 D．X2Y2(g)=X2(g)+Y2(g) ΔH<0 【变式3-2】下列对化学反应预测正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)==X(g)＋Y(s) ΔH＞0 它是非自发反应 B W(s)+xG(g)=4Q(g) ΔH＞0，自发反应 x可能等于1、2、3 C W(s)+xG(g)=4Q(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)+N(g)＋2 W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH＞0 【变式3-3】有A、B、C、D四个反应： 反应 A B C D ΔH/(kJ·mol-1) 10.5 1.80 -126 -11.7 ΔS/(J·mol-1·K-1) 30.0 -113.0 84.0 -105.0 (1)在任何温度下都能自发进行的反应是______； (2)任何温度下都不能自发进行的反应是______； (3)另两个反应中，在温度高于______℃时可自发进行的反应是______；在温度低于______℃时可自发进行的反应是______。 题型四 合成氨反应的特点 【典例4】对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是( ) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 方｜法｜点｜拨 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 根据合成氨反应的特点：低温、高压有利于氨的合成。 【变式4-1】将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )。 改变条件 新平衡与原平衡比较 A 压缩体积 N2的浓度一定变小 B 升高温度 N2的转化率变小 C 充入一定量H2 H2的转化率不变，N2的转化率变大 D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大 【变式4-2】(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟高二期中)合成氨工业中采用循环操作，主要原因是( ) A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．增大化学反应速率 D．提高平衡混合物中氨的含量 【变式4-3】(2025•上海高二期中)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 题型五 合成氨反应的调控 【典例5】(2024-2025·浙江省六校联盟高二期中)下列有关工业合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的说法不正确的是( ) A．合成氨采取循环操作目的是提高氮气和氢气的利用率 B．除原料气中CO反应： ，适宜低温高压环境 C．合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果 D．合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是有利于平衡正向移动 方｜法｜点｜拨 1．反应速率 2．反应转化率 3．合成氨的适宜条件 反应条件 压强 温度 催化剂 浓度 1.3×107~3×107Pa 500 ℃  左右 铁触媒 使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2 【变式5-1】关于工业合成氨的叙述中，错误的是( ) A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B．温度越高越有利于工业合成氨 C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【变式5-2】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%，所以生产氨的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用的，总体来说氨的产率很高 C．合成氨反应温度控制在400~500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【变式5-3】(2024-202·浙江省台州市十校联盟高二期中)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题： (1)该反应自发的条件是： 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件有： 。 A．低温  B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (3)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为，原料气中N2和H2的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由： 。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是 。 A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 题型六 化学反应的调控 【典例6】某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g) 2M(g) ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是( ) 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Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y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，因为使用催化剂可提高M的日产量 方｜法｜点｜拨 工业生产调控主要考虑因素：化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的耗能、设备条件等因素。 分析角度 原则要求 本身因素 参加反应的物质组成、结构和性质 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 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 注意温度对催化剂的活性的限制 从主、副反应选择性分析 促进主反应、抑制副反应，提高主反应的选择性 社会效益 注意环境保护，把握绿色化学原则，原料、工艺绿色、低耗 【变式6-1】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是( ) A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好 B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度 D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用 【变式6-2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ∆H=-196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法错误的是( ) 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．从理论上分析，选择温度450-550℃，既利于平衡正向移动又利于提高反应速率 B．从理论上分析，为了使尽可能多地转化为SO3，应选择的条件是450℃，10MPa C．在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，因为常压下的转化率已经很高了 D．在实际生产中，通入过量的空气，既利于平衡正向移动，又利于提高反应速率 【变式6-3】(2025·上海市高二期中)在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。 已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率： 压强 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450℃时SO2的转化率 97.5% 99.2% 99.6% 99.7% 550℃时SO2的转化率 85.6% 94.9% 97.7% 98.3% 试回答： (1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (2)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (3)在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？______ (4)根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？______ (5)在生产中，通入过量空气的目的是什么？______ (6)根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么？______ 基础通关练(测试时间：20分钟) 1．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行的合理解释是( ) A．该反应是分解反应 B．该反应的熵增效应大于焓变效应 C．该反应是熵减反应 D．该反应是放热反应 2．下列过程在一定条件下能自发进行但不能用熵增解释的是( ) A．花香四溢 B．冰块融化 C．Na2CO3·10H2O风化 D．水蒸气冷凝 3．化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是( ) A．反应的 B．CO2在不同状态时的熵值： C．反应 ΔH>0能否自发进行与温度有关 D．ΔH＜0或ΔS>0的反应一定能自发进行 4．某化学反应A(s)=D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须( ) A．高于409 K B．低于136 K C．高于136 K而低于409 K D．低于409 K 5．下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是( ) A．牛奶放在冰箱中冷藏 B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物 C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂 D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离 6．不符合工业合成氨生产实际的是 A．铁触媒作催化剂 B．N2、H2循环使用 C．NH3液化分离 D．反应在常压下进行 7．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是( ) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强 8．已知可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，该反应达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　 ) A．升高温度，减小压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂 C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨 9．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 10．在合成氨反应中使用催化剂和增大压强，下列叙述中正确的是( ) A．都能增大反应速率，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，只有增大压强对化学平衡有影响 D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此效果 11．下列有关合成氨工业的说法中正确的是( ) A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间 D．合成氨采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 12．下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是( ) A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 13．下列关于反应N2+3H22NH3的反应速率与时间的关系图中，纵坐标为反应速率v，横坐标为时间t，当反应达到平衡后，改变的条件与反应速率变化的关系中不符合实际的是( ) 14．自然界中存在天然的大气固氮过程为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮则主要依靠工业合成氨，下列结论不正确的是( ) 反应 大气固氮 工业固氮 温度/℃ 27 2000 25 350 400 450 平衡常数/K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.507 0.152 A．工业固氮为熵减反应 B．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却容易进行 C．人类大规模模拟大气固氮应用于工业上意义不大 D．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全 15．在一定条件下，对于密闭容器中的反应：N2＋3H22NH3，下列说法正确的是( ) A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为1∶3时，达到平衡时氨的体积分数最大 B．增加铁触媒的接触面积，不可能提高合成氨工厂的年产量 C．达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为3∶2 D．分别用氮气和氢气来表示该反应的转化率时，数值大小一定相同 16．SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2+O22SO3，已知此正反应放热。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法中错误的是( ) A．在上述条件下，SO2不可能完全转化为SO3 B．达到平衡时，SO2的浓度与SO3的浓度一定相等 C．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率 D．为了提高SO2的转化率，可适当提高O2的浓度 17．工业上，合成氨反应N2 + 3H2 2NH3的微观历程如下图所示。用、、分别表示N2、H2、NH3，下列说法正确的是( ) A．①→② 催化剂在吸附N2、H2时，形成新的化学键 B．②→③ 形成N原子和H原子是放热过程 C．①→⑤ N2和H2全部化合成氨气 D．使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的效率 18．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应： CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH=178.3 kJ·mol-1 ΔS=160.4 J·(mol·K)-1，则： (1)该反应_____________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)据本题反应数据分析，温度____________ (填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。 (3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________________________。 重难突破练(测试时间：20分钟) 1．下列说法正确的是( ) A．相同温度和压强下，熵值：1 mol C(s，金刚石)＞1 mol C(s，石墨) B．Ca(g)→Ca2+(g)+2e- ΔH小于0 C．NH4NO3溶于水，ΔH＞0，ΔS＜0 D．分子间氢键数量：1 molH2O(g) ＜1 molH2O(l) ＜1 molH2O(s) 2．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 3．已知体系自由能变化时反应能自发进行．两个氢化反应的与温度的关系如图所示，下列说法正确的是( ) A．反应①的∆S＜0 B．反应②在时的反应速率很快 C．温度大于时，反应①能自发进行 D．反应②的∆H＞0 4．假定X2与Y2都是理想气体(气体本身不占体积，不考虑气体间相互作用，不考虑碰撞能量损失)，在如图所示的过程中，下列说法正确的是( ) A．若X2、Y2均为O2，则，混合过程自发进行 B．若X2、Y2均为O2，则，混合过程不自发 C．若X2、Y2分别为N2与O2，则，混合过程自发进行 D．若X2、Y2分别为N2与O2，则，混合过程不自发 5．已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：①CH4(g)C(s)+2H2(g)；②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆中查到了如下热力学数据： 反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1。 反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1。 已知焓变和熵变随温度变化很小。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在_______________ (填“高温”或“低温”)下自发进行。 (2)反应①在常温下_______________ (填“能”或“不能”)自发进行。 (3)制取炭黑的允许温度范围为_______________。 (4)为了提高甲烷的炭化程度，下面四个温度中最合适的是_______________ (填字母)。 A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 6．回答下列问题： (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)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+2CO2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。 (3)已知在、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的∆H＞0、∆S＞0。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。 (4)已知CaSO4(s)+ CO(g)=CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH＝+218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是__________________________。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。 7．工业制取硫酸最重要的一步反应为： 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) △H<0。 (1)研究温度对SO2的平衡转化率和对催化剂催化效率的影响，结果如左图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择450℃左右(对应图中M点)， 而没有选择SO2转化率更高的O或N点对应的反应条件，其原因分别是 。 (2)在实际生产中， SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应右图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 。 8．在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH<0。 已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率： 压强 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450℃时SO2的转化率 97.5% 99.2% 99.6% 99.7% 550℃时SO2的转化率 85.6% 94.9% 97.7% 98.3% 试回答： (1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (2)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (3)在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？______ (4)根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？______ (5)在生产中，通入过量空气的目的是什么？______ (6)根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么？______ 9．工业合成氨的反应为： N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol-1 (1)根据下表数据计算___________。 化学键 键能/kJ/mol 436 386 x (2)在体积为的恒容密闭容器中发生上述反应，其平衡常数与温度的关系如表： T/K 298 398 498 平衡常数K 4.1×106 K1 K2 1 判断K1___________K2(填“”、“”或“”)。 ②398K时进行合成氨反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填字母)。 A．混合气体的平均摩尔质量保持不变 B．v正(N2)=3v逆(H2) C．容器内压强保持不变 D．混合气体的密度保持不变 (3)甲同学为了探究外界条件对反应的影响，以c0 mol·L－1 H2参加合成氨反应，在a、、两种条件下分别达到平衡，测得H2的浓度与反应时间的关系如图甲所示。 ①条件下，0- t0的平均反应速率v(N2 )= _________mol·L－1·min－1。 2 相对而言，可能改变的条件是____________________。 ③在条件下，t1时刻将容器容积压缩至原来的，t2时刻重新建立平衡状态。则图甲中在t1：t2时刻c(H2)的变化曲线可能为___________(填“A”、“B”、“”或“D”)。 (4)乙同学向一恒温恒压容器中充入9 molN2和23 molH2，模拟合成氨的反应，图乙表示温度时平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P)的关系。若体系在60 MPa下达到平衡 ①此时N2的平衡分压为___________ MPa。(分压总压物质的量分数) ②经计算可得此时的平衡常数KP=___________。(用平分压代替平衡浓度计算，结果精确到0.001) 10．德国人哈伯在1905年发明了合成氨的方法，其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1，他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。请回答下列问题： (1)某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L的密闭容器内充入1molN2和3molH2，加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60 则从反应开始到25min时，以H2表示的平均反应速率=_______。 (2)合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，初始时氮气、氢气的体积比为1：3，在相同催化剂条件下平衡混合物中氨的体积分数φ(NH3)与温度、压强的关系如图所示。则： A、B两点的化学反应速率较大的是_______ (填“A点”或“B点”)。在250°C、1.0×104kPa下，化学平衡常数表达式为K=_______。 (3)随着温度升高，单位时间内NH3的产率增大，温度高于900°C以后，单位时间内NH3的产率开始下降的原因可能是：升高温度催化剂活性降低；_______。 (4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：NH3(g)+CH4(g)3H2(g)+HCN(g) ΔH>0，在其他条件一定，该反应达到平衡时NH3转化率随外界条件Y变化的关系如图所示，Y代表_______(填字母代号)。 A．原料中CH4与NH3的体积比 B．温度             C．压强 (5)工业合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，当进料体积比V(N2)：V(H2)=1：3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：500°C、压强为10P0时，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P0的代数式表示]。 (6)我国科研人员发现在反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)使用Pt单原子催化剂有着高达90%以上的甲醇选择性。反应历程如下图，其中TS表示过渡态，吸附在催化剂表面上的物种用*表示。 上述能垒(活化能)为1.15eV的反应为_______。 11．(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟高二期中)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工业上制取H2SO4的重要反应。 (1)判断反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)能自发进行的条件并说明理由： 。 (2)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列的是__________(填字母)。 甲：在500℃时，10molSO2和10molO2反应 乙：在500℃时，用V2O5作催化剂，10molSO2和10 molO2反应 丙：在450℃时，8molSO2和5 molO2反应 丁：在500℃时8molSO2和5 molO2反应 A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 (3)V2O5催化氧化SO2的反应过程可分为三步，请写出步骤II的化学方程式： 步骤：V2O5+SO2=V2O4+SO3。 步骤II： 。 步骤III：2VOSO4=V2O5+SO2+SO3。 (4)某温度下，假设进入接触室内SO2的物质的量恒定。当充入SO2和O2的物质的量之比为，反应达到平衡时压强减少；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到，则O2和SO2的物质的量之比应为 (结果保留1位小数)。 (5)下表为不同温度和压强下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)中SO2的转化率(%)。 p/Pa T/℃ 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 22 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 化学反应的方向和调控 考查重点 命题角度 化学反应的方向 了解熵变，理解ΔH、ΔS对化学反应方向的影响；综合运用焓变与熵变判断反应的方向。 合成氨反应的特点及适宜条件的选择 理解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响，知道工业生产氨的适宜条件，了解合成氨生产的主要流程。 化学反应的调控 根据工业生产条件选择的依据和原则，利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释理解调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 一、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。 3．自发过程和自发反应的区别 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 特｜别｜提｜醒 (1)不能认为自发反应都是不需要任何条件就能发生的，自发反应的“一定的条件”，可以是一定的温度和压强，可以是“点燃、光照、加热、高温”等给反应物提供能量的条件，“外界帮助”指通电、放电等，如氢气的燃烧是自发的通过需点燃才能发生；也不能认为非自发反应在任何条件下都是不能发生的，如NaCl在通电条件可分解生成Na和Cl2。 (2)不能认为自发反应应用普通，非自发反应没有应用价值。将电能、热能转化为化学能的许多非自发反应是制备物质的重要反应，如电解法去冶炼钠、镁、铝和制取氯气等。 (3)反应能否自发进行与反应速率无关。 二、化学反应的方向 1．化学反应的方向与焓变的关系 (1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 ①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。 ②Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。 ③ (NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。 ④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。 (2)自发反应与焓变的关系 大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。 2．化学反应的方向与熵变的关系 (1)熵的含义 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。 (2)影响熵大小的因素 ①同一条件下，不同的物质熵值不同。 ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。 ③物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 ④物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。 ⑤气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 ⑥气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 (3)反应熵变与反应方向 ①二者关系 — ②结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。 (4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。 3．判断化学反应方向的判据 (1)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。 (2)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 三、化学反应的调控 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 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行 可逆性 反应为可逆反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的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。 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反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用 提高平衡混合物中中氨的含量 增大反应物浓度， 降低生成物浓度 降低温度 增大压强 无影响 3．数据分析 在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。 4．工业合成氨的适宜条件 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa 温度 原理分析 ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去 将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应) 5．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 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 6．合成氨的工艺流程 7. 工业生产中适宜生产条件的选择思路 (1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。 (2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。 (3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。 (4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。 影响 因素 有利于加快反应速率的控制 有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度 不断补充反应物、及时分离出生成物 压强 高压(有气体参加) ΔV<0 高压 设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔV>0 低压 兼顾速率和平衡、选取适宜的压强 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，尽量采取高温并选取合适催化剂 催化剂 加合适的催化剂 无影响 加合适的催化剂， 考虑催化剂活性与温度关系 题型一 自发过程与自发反应 【典例1】化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是( ) A．墨汁加到清水中使整杯水变黑 B．水在0℃以下结为冰 C．水从高处往低处流 D．石灰石转化为生石灰 【答案】D 【解析】A项，墨汁浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，A不符合题意；B项，水的凝固点为0℃，水在常温下是液体，水在0℃以下结为冰，是自发进行的物理变化，B不符合题意；C项，水从高处往低处流，是能量降低的过程，是自发进行的变化，C不符合题意；D项，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，D符合题意；故选D。 方｜法｜点｜拨 (1)自发过程或反应具有方向性，即过程或反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程或反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。 (2)能够自发进行的过程或反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断过程或反应的方向，不能确定过程或反应是否一定会发生和发生的速率。 【变式1-1】下列过程是非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．氯气和溴化钾溶液的反应 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰 【答案】D 【解析】A项，水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B项，氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；C项，铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；D项，室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；故选D。 【变式1-2】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．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A项，扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意；B项，冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是熵增加的自发过程，B不符合题意；C项，电解饱和食盐水，是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意；D项，铁在潮湿的空气中生锈是发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。 【变式1-3】在常温常压下，下列属于自发过程的是( ) A．2C(s) + O2(g) = 2CO(g) B．NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) C．CH3COOH(l) = CH3COOH(s) D．2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72-(aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq) 【答案】A 【解析】A项，2C(s) + O2(g) = 2CO(g)是熵增的放热反应，△H−T△S<0，属于自发过程，故A选；B项，NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)是熵增的吸热反应，温度较高时，△H−T△S<0，可以进行，故B不选；C项，CH3COOH(l) = CH3COOH(s)是熵减的吸热现象，在常温常压下，不能自发进行，故C不选；D项，氧化性Cr2O72-> Cl2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性规律可知，2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O72- (aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq)不能发生，故D不选；故选A。 题型二 熵变 【典例2】(2025•北京高二期中)下列反应属于熵减小过程的是( ) A．过氧化钠和水反应 B．二氧化硫和氢硫酸反应 C．二氧化锰和浓盐酸加热反应 D．碳和浓硝酸反应 【答案】B 【解析】A项，过氧化钠和水反应生成氧气，为熵增过程，A错误；B项，二氧化硫和氢硫酸反应生成硫单质固体和水液体，为熵减过程，B正确；C项，二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气气体，为熵增过程，C错误；D项，碳和浓硝酸反应生成二氧化碳气体、二氧化硫气体，为熵增过程，D错误；故选B。 方｜法｜点｜拨 (1)同一种物质由固态到液态、由液态到气态或自固态直接到气态的过程，是熵增加的过程，其熵变为正值。 (2)气态物质的物质的量增大的反应，是熵增加的反应，熵变通常是正值。 (3)气态物质的物质的量减小的反应，是熵减小的反应，熵变通常是负值。 【变式2-1】下列对熵变的判断中不正确的是( ) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【答案】C 【解析】食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增大的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增大的反应。 【变式2-2】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是( ) A．1 mol Cl2(g)＞2 mol Cl2(g) B．2 mol H2O(l)＞2 mol H2O(g) C．1 mol CH4(g)＜1 mol C2H6(g) D．1 mol C(s，金刚石)的熵值＞1 mol C(s，石墨) 【答案】C 【解析】A项，气体的物质的量越多，熵越大，则物质的熵值1 mol Cl2(g)＜2 mol Cl2(g)，A错误；B项，等物质的量的物质，气态物质含有的熵值大于液体物质的熵值，则2 mol H2O(l)＜2 mol H2O(g)，B错误；C项，当气体物质的量相等时，气体分子中含有的原子数越多，其熵值就越大，故熵值1 mol CH4(g) ＜1 mol C2H6(g)，C正确；D项，由于金刚石中C的排列比石墨中的C的排列更有序，所以1 mol C(s，金刚石)的熵值＜1 mol C(s，石墨)，D错误；故选C。 【变式2-3】下列说法正确的是( ) A．常温常压下，Na2CO3、CaCO3的溶解焓变相近，Na2CO3(s) 2Na+(aq)+CO32-(aq) ΔS1；CaCO3(s) Ca2+(aq)+CO32-(aq) ΔS2，则ΔS1＞ΔS2 B．NaCl(s)=NaCl (1) ΔS＜0 C．常温常压下，3O2(g)2O3 (g) ΔS＞0 D．常温常压下，2CO(g) C(s)+O2 (g) ΔS＞0 【答案】A 【解析】A项，溶解焓相近，主要由熵变决定反应方向，Na2CO3(s)更易溶解，所以ΔS1＞ΔS2，A正确；B项，固体变为液体，混乱程度增大，ΔS＞，B错误；C项，气体分子数减少，混乱程度减小，ΔS＜0，C错误；D项，反应前后，气体分子数减少，混乱程度减小，ΔS＜0，D错误；故选A。 题型三 化学反应方向的判断 【典例3】下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( ) A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 【答案】B 【解析】A项，物质聚集状态不同熵值不同，气体S> 液体S> 固体S，1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(1)]<S[SO3(g)]，故A错误； B项，反应的自发性由焓变和熵变共同决定，该反应为ΔS>0，常温不能自发，说明高温时△G=△H-T•△S＜0，说明则该反应的ΔH>0，故B正确；C项，反应的自发性由焓变和熵变共同决定，当△G=△H-T•△S＜0时反应能自发进行，ΔG>0时反应不能自发进行，焓变小于零的反应，ΔH＜0，若ΔS＜0＜0，高温下可以ΔG>0，反应不能自发进行，熵变大于零的反应，ΔS>0，若ΔH>0 ，高温下可以ΔG＜0 时反应可自发进行，故C错误；D项，ΔH>0、ΔS>0 ，由△G=△H-T•△S＜0 的反应可自发进行，可知能否自发进行与温度有关，故D错误；故选B。 方｜法｜点｜拨 判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。 1．在一定温度下， (1)ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发进行。 (2)ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行。 (3)ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。 2．反应方向的综合判据ΔH-TΔS 3．温度对反应方向的影响 【变式3-1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是( ) A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ B．NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) ΔH<0 C．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH>0 D．X2Y2(g)=X2(g)+Y2(g) ΔH<0 【答案】D 【解析】A项，需通电才能进行，为非自发反应；B项，ΔH<0、ΔS<0，在低温下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行；C项，ΔH>0，ΔS>0，在高温下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下ΔH-TΔS<0，反应一定能自发进行。 【变式3-2】下列对化学反应预测正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)==X(g)＋Y(s) ΔH＞0 它是非自发反应 B W(s)+xG(g)=4Q(g) ΔH＞0，自发反应 x可能等于1、2、3 C W(s)+xG(g)=4Q(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)+N(g)＋2 W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH＞0 【答案】B 【解析】A项，该反应的反应物是固体，生成了气体，所以ΔS>0，该反应的ΔH>0，所以该反应在高温下自发，故A错误；B项，该反应ΔH>0，能自发进行，则ΔS>0，所以x可能等于1、2、3，故B正确；C项，该反应是气体系数之和增大的反应，所以ΔS>0，该反应能自发，则ΔH>0，故C错误；D项，该反应的反应物有气体，反应后无气体，则ΔS<0，该反应常温下能自发进行，则ΔH应该小于0，故D错误；故选B。 【变式3-3】有A、B、C、D四个反应： 反应 A B C D ΔH/(kJ·mol-1) 10.5 1.80 -126 -11.7 ΔS/(J·mol-1·K-1) 30.0 -113.0 84.0 -105.0 (1)在任何温度下都能自发进行的反应是______； (2)任何温度下都不能自发进行的反应是______； (3)另两个反应中，在温度高于______℃时可自发进行的反应是______；在温度低于______℃时可自发进行的反应是______。 【答案】(1)C (2)B (3)77 A -161.6 D 【解析】①自发反应需满足△G=ΔH-TΔS＜0，若ΔH＜0且ΔS＞0，则△G一定小于0，反应在任何温度下都能自发进行，故此处填C；②若ΔH＞0且ΔS＜0，则△G一定大于0，反应在任何温度下都不能自发进行，故此处填B；③将反应A对应数据代入ΔH-TΔS＜0计算，得反应自发进行的温度要求为：T＞350 K，即350-273=77 ℃，故此处A、77 ℃；将反应D对应数据代入ΔH-TΔS＜0计算，得反应自发进行的温度要求为：T＜111.4 K，即111.4-273= -161.6 ℃，故此处D、-161.6 ℃。 题型四 合成氨反应的特点 【典例4】对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是( ) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 【答案】C 【解析】达到平衡后，充入N2，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。 方｜法｜点｜拨 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 根据合成氨反应的特点：低温、高压有利于氨的合成。 【变式4-1】将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )。 改变条件 新平衡与原平衡比较 A 压缩体积 N2的浓度一定变小 B 升高温度 N2的转化率变小 C 充入一定量H2 H2的转化率不变，N2的转化率变大 D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大 【答案】B 【解析】该反应的正反应是气体体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知，压缩体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，A项不正确；正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，B项正确；充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，C项不正确；催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D项不正确。 【变式4-2】(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟高二期中)合成氨工业中采用循环操作，主要原因是( ) A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．增大化学反应速率 D．提高平衡混合物中氨的含量 【答案】B 【解析】A．一定温度和压强条件下，氨气的沸点是固有的属性，不会因为循环操作而改变，A不符合题意；B．合成氨工业采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气浓度，使反应平衡向正向移动，从而可提高氮气和氢气的利用率，提高经济效益和产率，B符合题意；C．采用循环操作，可提高反应物的浓度，同时提高反应速率，但不是主要原因，C不符合题意；D．合成氨工业采用循环操作的主要目的是提高反应物N2、H2的利用率，但不会提高平衡体系中氨的含量，D不符合题意；故答案选B。 【变式4-3】(2025•上海高二期中)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。 题型五 合成氨反应的调控 【典例5】(2024-2025·浙江省六校联盟高二期中)下列有关工业合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的说法不正确的是( ) A．合成氨采取循环操作目的是提高氮气和氢气的利用率 B．除原料气中CO反应： ，适宜低温高压环境 C．合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果 D．合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是有利于平衡正向移动 【答案】D 【解析】A．合成氨反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化为产物NH3，采取循环操作能提高氮气和氢气的利用率，A正确；B．该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强，均能使平衡正向移动，故除原料气中CO适宜低温高压环境，B正确；C．增大压强有利于氨的合成，但是压强过大会增加设备成本，因此合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果，C正确；D．合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是使催化剂铁触媒的活性达到最佳状态，D错误；故选D。 方｜法｜点｜拨 1．反应速率 2．反应转化率 3．合成氨的适宜条件 反应条件 压强 温度 催化剂 浓度 1.3×107~3×107Pa 500 ℃  左右 铁触媒 使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2 【变式5-1】关于工业合成氨的叙述中，错误的是( ) A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B．温度越高越有利于工业合成氨 C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【答案】B 【解析】因为高压利于合成氨反应向正反应方向进行，所以在条件允许下可以采取尽量高的压强，现在一些发达国家已经采用1 000个大气压的高压合成氨工艺，A正确;从反应限度角度看，低温有利于氨的合成，但为了兼顾反应速率和催化剂的活性，采用了700 K左右的温度，B错误;合成氨反应是可逆反应，建立平衡后有较多的反应物没有转化，应该循环使用，C正确;反应体系中分离出氨气，相当于减小生成物浓度，有利于平衡向正反应方向移动，D正确。 【变式5-2】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%，所以生产氨的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用的，总体来说氨的产率很高 C．合成氨反应温度控制在400~500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【答案】B 【解析】由于原料气可循环利用，生产氨的效率并不低，氨的产率很高，A项错误，B项正确；控制温度在400~500 ℃，一是为了使反应速率不至于很低，二是为了使催化剂活性达到最大，C项错误；铁触媒的活性与压强关系不大，受温度影响很大，D项错误。 【变式5-3】(2024-202·浙江省台州市十校联盟高二期中)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题： (1)该反应自发的条件是： 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件有： 。 A．低温  B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (3)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为，原料气中N2和H2的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由： 。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是 。 A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 【答案】(1)低温自发 (2)AD (3)N2断键是决速步，适量提高N2的浓度可以提高整体的化学反应速率 、 适量提高N2的浓度可以提高H2的转化率 (4)ACE 【解析】(1)当ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应能自发，由题目可知该反应的ΔH＜0、ΔS＜0，要使ΔG＜0反应自发，需要条件为：低温。 (2)对反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1， 要提高合成氨平衡产率，需要平衡向右移动，则下列措施可行的有：A．低温：该反应放热，降低温度平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，A符合题意；B．高温：该反应放热，升高温度平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，B不符合题意；C．低压：该反应为气体体积减小的反应，降低压强平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，C不符合题意；D．高压：该反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，D符合题意；E．催化剂：催化剂不影响平衡的移动，所以无法改变合成氨平衡产率，E不符合题意；故选AD。 (3)在合成氨工业中，N2的制备要比H2的制备容易，成本更低，适量提高N2有利于提高H2的转化率，节约成本；同时N2的稳定性也比H2强，断开N≡N键比H2难，适量提高N2有利于提高N2的断键比率，提升合成氨的速率。 (4)A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法：合成氨工业中的N2一般是采用分离液态空气来获得的，A正确；B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式：合成氨工业中的H2一般是采用从水煤气中分离或由甲烷与水蒸气反应制取分离，B错误；C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒：合成氨原料气中常常含有CO、CO2等杂质，这些杂质会导致催化剂中毒，从而降低其活性甚至使其失去作用，所以要先通过净化除去杂质气体，C正确；D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率：合成氨为放热反应，高温平衡向左移动，不利于氨气的产率，但实际生产中却采用了400-500℃，考虑是应该是高温下的反应速率，这样有利于提高单位时间内氨气的产量，D错误；E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离：合成氨为放热反应，而反应温度又为400-500℃，将混合气体进行热交换可以充分利用反应放出的热量对反应气体进行预热来减少能耗，E正确；故选ACE。 题型六 化学反应的调控 【典例6】某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g) 2M(g) ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是( ) 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Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y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，因为使用催化剂可提高M的日产量 【答案】D 【解析】虽然高压条件有利于M生成，但不一定都采用高压条件，如2SO2+O22SO3，常压下SO2的转化率已经很高，高压对SO2的转化率影响不大，因而工业上采用常压；加入Y，X的转化率提高，但Y的转化率降低；ΔH<0，升高温度，反应物转化率降低；催化剂可加快化学反应速率。 方｜法｜点｜拨 工业生产调控主要考虑因素：化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的耗能、设备条件等因素。 分析角度 原则要求 本身因素 参加反应的物质组成、结构和性质 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 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 注意温度对催化剂的活性的限制 从主、副反应选择性分析 促进主反应、抑制副反应，提高主反应的选择性 社会效益 注意环境保护，把握绿色化学原则，原料、工艺绿色、低耗 【变式6-1】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是( ) A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好 B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度 D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用 【答案】A 【解析】A项，在实际生产中为了增大二氧化硫的转化率通入稍过量的空气，若空气通入量过多，不仅会增大能源消耗、还会增大动力消耗、对设备的要求也高，A错误；B项，工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强，若压强过大，不仅会增大能源消耗、还会增大动力消耗、对设备的要求也高，B正确；C项，工业合成氨，400~500℃时催化剂的活性最大、有利于提高反应速率、提高氨气产量，故选择400~500℃的反应温度，C正确；D项，炼铁高炉的进风口设置在下端、固体从设备顶部加入，则有助于固体和气体充分接触、有利于燃料充分利用，D正确；故选A。 【变式6-2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ∆H=-196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法错误的是( ) 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．从理论上分析，选择温度450-550℃，既利于平衡正向移动又利于提高反应速率 B．从理论上分析，为了使尽可能多地转化为SO3，应选择的条件是450℃，10MPa C．在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，因为常压下的转化率已经很高了 D．在实际生产中，通入过量的空气，既利于平衡正向移动，又利于提高反应速率 【答案】A 【解析】A项，该反应为放热反应，从理论上分析，温度越低越有利于平衡正向移动，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，所以工业上选择温度450～550°C，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，A错误；B项，由表格数据可知450℃，10MPa，二氧化硫的转化率达99.7％，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450℃，10MPa，B正确；C项，反应为气体体积缩小的反应，增大压强平衡正向移动，所以从理论上分析，选择高压，但常压下SO2的转化率已经很高了，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，C正确；D项，空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，D正确；故选A。 【变式6-3】(2025·上海市高二期中)在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。 已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率： 压强 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450℃时SO2的转化率 97.5% 99.2% 99.6% 99.7% 550℃时SO2的转化率 85.6% 94.9% 97.7% 98.3% 试回答： (1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (2)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (3)在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？______ (4)根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？______ (5)在生产中，通入过量空气的目的是什么？______ (6)根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么？______ 【答案】(1)高温、高压、催化剂 (2)低温、高压 (3)在此温度下催化剂的活性最高 (4)1×105 Pa，在该压强下SO2的转化率就已经很高了，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增加设备的成本 (5)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率 (6)常压、450℃、催化剂 【解析】(1)根据影响反应速率的因素，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，应该选择的条件是升高温度、增大压强、使用合适的催化剂等。(2)根据影响平衡移动的因素，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，应该选择的条件是增大压强、降低温度。(3)450℃左右温度下催化剂的活性最高，反应速率快，所以选定450℃左右作为操作温度。(4)1×105 Pa压强下SO2的转化率就已经很高了，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增加设备的成本，所以采用1×105 Pa；(5)增大反应物O2的浓度，平衡正向移动，提高SO2的转化率，所以通入过量空气；(6)根据以上分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是常压、450℃、催化剂。 基础通关练(测试时间：20分钟) 1．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行的合理解释是( ) A．该反应是分解反应 B．该反应的熵增效应大于焓变效应 C．该反应是熵减反应 D．该反应是放热反应 【答案】B 【解析】该反应是吸热反应，但不能只用焓判据来判断反应进行的方向。该反应是熵增反应，且能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应，B项正确。 2．下列过程在一定条件下能自发进行但不能用熵增解释的是( ) A．花香四溢 B．冰块融化 C．Na2CO3·10H2O风化 D．水蒸气冷凝 【答案】D 【解析】A故选花香四溢自发进行，使体系的混乱程度增大，导致熵增加，A不符合题意；B故选冰块受热融化能够自发进行，水分子之间距离增大，体系的混乱程度增大，导致熵增加，B不符合题意；C故选Na2CO3·10H2O风化能够自发进行，风化使结晶水合物变为Na2CO3和蒸馏水，H2O分子之间距离增大，体系的混乱程度增大，导致熵增加，C不符合题意；D故选水蒸气遇冷会冷凝变为液体水，使水分子排列由无序变得有序，体系混乱程度减小，熵减小，因此该过程能自发进行但不能用熵增解释，D符合题意；故选D。 3．化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是( ) A．反应的 B．CO2在不同状态时的熵值： C．反应 ΔH>0能否自发进行与温度有关 D．ΔH＜0或ΔS>0的反应一定能自发进行 【答案】C 【解析】A项，反应的气体分子数减少，该反应的△S＜0，A错误；B项，同一物质在固态时的熵值小于气态时的熵值，B错误；C项，反应的气体分子数增加，△S＞0，又因为△H＞0，△H-T△S＜0时，反应能自反进行，因此选项所给反应能否自发进行与温度有关，C正确；D项，△H＞0且△S＞0的反应一定能自发进行，D错误；故选C。 4．某化学反应A(s)=D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须( ) A．高于409 K B．低于136 K C．高于136 K而低于409 K D．低于409 K 【答案】A 【解析】要防止反应发生，ΔH-TΔS＞0，则-4500+11T＞0，解得T＞409，故选A。 5．下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是( ) A．牛奶放在冰箱中冷藏 B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物 C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂 D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离 【答案】D 【解析】A项，牛奶放在冰箱中冷藏，降低了温度，反应速率降低，A正确；B项，使用加酶洗衣粉洗涤衣物，相当于使用了催化剂，加快反应速率，B正确；C项，汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂是为了防止橡胶老化，延长寿命，降低了反应速率，C正确；D项，工业合成氨时，及时将氨气液化分离，是降低生成物浓度，使平衡正向进行，与速率无关，D错误；故选D。 6．不符合工业合成氨生产实际的是 A．铁触媒作催化剂 B．N2、H2循环使用 C．NH3液化分离 D．反应在常压下进行 【答案】D 【解析】A项，为加快反应速率，合成氨生产中常用铁触媒作催化剂，A正确；B项，为提高原料利用率，合成氨生产中N2、H2循环使用，B正确；C项，NH3液化分离降低生成物浓度有利于平衡正向进行，C正确；D项，合成氨反应在常压下不能进行，D错误；故选D。 7．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是( ) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强 【答案】B 【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。 8．已知可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，该反应达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　 ) A．升高温度，减小压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂 C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨 【答案】D 【解析】因合成氨反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故A、C两项错误；加入催化剂可增大反应速率，但对平衡移动无影响，B项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动，D项正确。 9．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 【答案】B 【解析】A项，使用催化剂，能加快反应速率，但对平衡移动没有影响，不能用勒夏特列原理来解释，A项不符合题意；B项，成氨反应是反应前后气体总物质的量减小的反应，加压可使平衡正向移动，有利于合成氨气，可用勒夏特列原理来解释，B项符合题意；C项，合成氨反应为放热反应，高温不利于合成氨气，温度控制在700K左右是考虑催化剂的活性和加快反应速率，不能用勒夏特列原理来解释，C项不符合题意；D项，循环操作可提高原料的利用率，不能用勒夏特列原理来解释，D项不符合题意。故选B。 10．在合成氨反应中使用催化剂和增大压强，下列叙述中正确的是( ) A．都能增大反应速率，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，只有增大压强对化学平衡有影响 D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此效果 【答案】C 【解析】对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，使用催化剂只能增大反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。增大压强既能增大反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。 11．下列有关合成氨工业的说法中正确的是( ) A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间 D．合成氨采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 【答案】C 【解析】催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强可以加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，C项正确；催化剂的活性主要取决于温度的高低，而非压强的大小，D项错误。 12．下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是( ) A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 【答案】C 【解析】①净化干燥，不能提高原料的利用率，①错误；②加压，体积减小，平衡正向移动，原料利用率提高，②正确；③催化剂对平衡无影响，不能提高原料利用率，③错误；④液化分离，减小氨气的浓度，平衡正向移动，原料利用率提高，④正确；⑤剩余的氢气与氮气再循环，可提高原料利用率，⑤正确；故选C。 13．下列关于反应N2+3H22NH3的反应速率与时间的关系图中，纵坐标为反应速率v，横坐标为时间t，当反应达到平衡后，改变的条件与反应速率变化的关系中不符合实际的是( ) 【答案】A 【解析】合成氨反应是气体体积缩小的放热反应，所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后，若升高温度，化学平衡左移，逆反应速率大于正反应速率，A项错误；如果给体系加压，体系中所有物质的浓度都增大，所以正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度，B项正确；使用催化剂不会使化学平衡发生移动，只能改变化学反应速率，C项正确；补充N2和H2，则平衡体系中反应物的浓度增大，所以正反应速率增大，分离出NH3，产物的浓度降低，逆反应速率减小，D项正确。 14．自然界中存在天然的大气固氮过程为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮则主要依靠工业合成氨，下列结论不正确的是( ) 反应 大气固氮 工业固氮 温度/℃ 27 2000 25 350 400 450 平衡常数/K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.507 0.152 A．工业固氮为熵减反应 B．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却容易进行 C．人类大规模模拟大气固氮应用于工业上意义不大 D．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全 【答案】B 【解析】A项，工业固氮：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应气体分子数减小，所以为熵减反应，A正确；B项，平衡常数的大小是衡量反应进行的程度，平衡常数越大，说明反应进行越完全，与反应进行的难易程度无关，B错误；C项，大气固氮的进行程度很小，利用大气固氮原理进行工业生产，产率很小，没有实际意义，C正确；D项，由表格数据可知，温度降低，平衡常数增大，平衡正向移动，反应越完全，D正确；故选B。 15．在一定条件下，对于密闭容器中的反应：N2＋3H22NH3，下列说法正确的是( ) A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为1∶3时，达到平衡时氨的体积分数最大 B．增加铁触媒的接触面积，不可能提高合成氨工厂的年产量 C．达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为3∶2 D．分别用氮气和氢气来表示该反应的转化率时，数值大小一定相同 【答案】A 【解析】当氮气和氢气投料比为1∶3时，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，两种原料的转化率相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A正确；增加铁触媒的接触面积，加快反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B错误；平衡时，物质的浓度关系取决起始量和转化率，所以到平衡时，H2和NH3的浓度比不一定为3∶2，C错误；反应速率之比等于化学计量数之比，因化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D错误。 16．SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2+O22SO3，已知此正反应放热。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法中错误的是( ) A．在上述条件下，SO2不可能完全转化为SO3 B．达到平衡时，SO2的浓度与SO3的浓度一定相等 C．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率 D．为了提高SO2的转化率，可适当提高O2的浓度 【答案】B 【解析】A项，可逆反应中任何一种物质都不可能完全转化，故A项正确；B项，达到平衡时，SO2和SO3的浓度不再改变，但不一定相等，故B项错误；C项，催化剂不能提高产率，但能加快反应速率、缩短生产周期、提高生产效率，故C项正确；D项，提高O2的浓度，平衡向右进行，SO2的转化率提高，故D项正确。故选B。 17．工业上，合成氨反应N2 + 3H2 2NH3的微观历程如下图所示。用、、分别表示N2、H2、NH3，下列说法正确的是( ) A．①→② 催化剂在吸附N2、H2时，形成新的化学键 B．②→③ 形成N原子和H原子是放热过程 C．①→⑤ N2和H2全部化合成氨气 D．使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的效率 【答案】D 【解析】A．由图中可以知道，①→②催化剂在吸附N2、H2时，没有形成新的化学键，故A错误；B．由图中可以知道，每3个氢分子和1个氮气分子断键得到N原子和H原子，断裂旧的化学键需要吸收能量，故B错误；C．该反应为可逆反应，可逆反应有一定放热限度，反应物不可能转化为生成物，所以①→⑤N2和H2不可能全部化合成氨气，故C错误；D．使用合适的催化剂，催化剂能够加快化学反应速率，能提高合成氨反应的效率，故D正确。故选D。 18．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应： CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH=178.3 kJ·mol-1 ΔS=160.4 J·(mol·K)-1，则： (1)该反应_____________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)据本题反应数据分析，温度____________ (填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。 (3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________________________。 【答案】(1)不能 (2)能 (3)1 111.6 K 【解析】(1)ΔG=ΔH-TΔS=178.3 kJ·mol-1-298.15 K×160.4×10-3 kJ·(mol·K)-1≈130.5 kJ·mol-1>0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应ΔH>0、ΔS>0，所以根据ΔG=ΔH-TΔS可知，在温度较高的时候，ΔG可能小于0。(3)根据ΔG=ΔH-TΔS<0时，反应可自发进行，则有：T>ΔH/ΔS≈1 111.6 K。 重难突破练(测试时间：20分钟) 1．下列说法正确的是( ) A．相同温度和压强下，熵值：1 mol C(s，金刚石)＞1 mol C(s，石墨) B．Ca(g)→Ca2+(g)+2e- ΔH小于0 C．NH4NO3溶于水，ΔH＞0，ΔS＜0 D．分子间氢键数量：1 molH2O(g) ＜1 molH2O(l) ＜1 molH2O(s) 【答案】D 【解析】A项，由于金刚石中C的排列比石墨中的C的排列更有序，所以1 mol C(s，金刚石)的熵值＜1 mol C(s，石墨)，A错误；B项，原子失电子变成离子需要吸收热量，则Ca(g)→Ca2+(g)+2e- ΔH大于0，故B错误；C项，NH4NO3溶于水为吸热过程，混乱度增大，故ΔH＞0，ΔS＞0，C错误；D项，冰→液态水→水蒸气，破坏分子间氢键和范德华力，分子间氢键数量：1 molH2O(s)＞1 molH2O(l)＞1 molH2O(g)，故D正确；故选D。 2．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 【答案】D 【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。故选D。 3．已知体系自由能变化时反应能自发进行．两个氢化反应的与温度的关系如图所示，下列说法正确的是( ) A．反应①的∆S＜0 B．反应②在时的反应速率很快 C．温度大于时，反应①能自发进行 D．反应②的∆H＞0 【答案】C 【解析】由图像分析可知：反应①随温度的升高，∆G逐渐减小；反应②随温度的升高∆G逐渐增大，结合∆G =∆H -T∆S分析解答。A项，反应①随温度的升高，∆G逐渐减小，则∆S＞0，故A错误；B项，该题我们可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应快慢，故B错误；C项，因∆G＜0时，反应能自发进行，反应①在温度大于1000℃时∆G＜0，故此时反应①能自发进行，故C正确；D项，根据数学知识可知，∆H为该图像的截距，而反应而的截距小于0，故∆H＜0，故D错误；故选C。 4．假定X2与Y2都是理想气体(气体本身不占体积，不考虑气体间相互作用，不考虑碰撞能量损失)，在如图所示的过程中，下列说法正确的是( ) A．若X2、Y2均为O2，则，混合过程自发进行 B．若X2、Y2均为O2，则，混合过程不自发 C．若X2、Y2分别为N2与O2，则，混合过程自发进行 D．若X2、Y2分别为N2与O2，则，混合过程不自发 【答案】C 【解析】A项，若 X2 、Y2均为O2，混合前后气体浓度、分压、温度均相同，则 ΔS=0 ，混合过程自发进行，A错误；B项，若 X2 、Y2均为O2，混合前后气体浓度、分压、温度均相同，则 ΔS=0 ，混合过程自发进行，B错误；C项，若 X2 、 Y2 分别为 N2 与 O2 ，混合前后气体温度均相同，但浓度、分压均减小，则 ΔS>0 ，混合过程自发进行，C正确；D项，若X2 、Y2分别为 N2 与 O2 ，混合前后气体温度均相同，但浓度、分压均减小，则 ΔS>0 ，混合过程自发进行，D错误；故选C。 5．已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：①CH4(g)C(s)+2H2(g)；②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆中查到了如下热力学数据： 反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1。 反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1。 已知焓变和熵变随温度变化很小。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在_______________ (填“高温”或“低温”)下自发进行。 (2)反应①在常温下_______________ (填“能”或“不能”)自发进行。 (3)制取炭黑的允许温度范围为_______________。 (4)为了提高甲烷的炭化程度，下面四个温度中最合适的是_______________ (填字母)。 A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 【答案】(1)高温 (2)不能 (3)927.8~1790.4 K (4)C 【解析】(1)该反应是吸热的熵增反应，在高温下自发进行。(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K=50.807 kJ·mol-1>0，所以该反应在常温下不能自发进行。(3)甲烷裂解为炭黑和氢气时，ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>927.8 K；裂解为乙炔时，ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1709.4 K，即温度高于1709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气，所以要制取炭黑，必须控制温度在927.8~1790.4 K。(4)要提高甲烷的炭化程度，应在927.8~1790.4 K的范围内尽可能提高温度。 6．回答下列问题： (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)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+2CO2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。 (3)已知在、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的∆H＞0、∆S＞0。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。 (4)已知CaSO4(s)+ CO(g)=CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH＝+218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是__________________________。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。 【答案】(1)> > 不能 (2)< (3)不能 能 (4)高温 (5) > 【解析】(1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气的反应为吸热反应，∆H＞0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，∆S＞0，故低温下ΔG=ΔH-TΔS>0，反应不能自发进行；(2) ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下△S＜0，常温下反应能够自发进行，则△H＜0；(3)①根据ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发进行，已知∆H＞0，∆S＞0，则常温下不能自发进行；②该反应的∆H＞0、∆S＞0，高温条件下能使ΔG=ΔH-TΔS＜0，而常温条件下ΔG=ΔH-TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素；(4)该反应的∆S＞0、∆H＞0，则高温时ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行；(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG=ΔH-TΔS＜0，∆H＞0，则∆S＞0。 7．工业制取硫酸最重要的一步反应为： 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) △H<0。 (1)研究温度对SO2的平衡转化率和对催化剂催化效率的影响，结果如左图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择450℃左右(对应图中M点)， 而没有选择SO2转化率更高的O或N点对应的反应条件，其原因分别是 。 (2)在实际生产中， SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应右图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 。 【答案】(1)在O点时，温度低，速率慢，且催化剂的催化效率较低，速率更慢；图中M点温度为450 ℃，此时催化效率最高，且SO2的平衡转化率为90%，故工业合成SO3的最佳温度是450 ℃;N点温度高于M点，温度越高，反应速率越快，但N点催化剂催化效率小于M点，故SO3的生产速率：v(N)不一定大于v(M) (2)不选择B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大，SO2原料的转化率已是97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用1个大气压；不选择C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化作用受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故不选C点 8．在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH<0。 已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率： 压强 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450℃时SO2的转化率 97.5% 99.2% 99.6% 99.7% 550℃时SO2的转化率 85.6% 94.9% 97.7% 98.3% 试回答： (1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (2)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？______ (3)在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？______ (4)根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？______ (5)在生产中，通入过量空气的目的是什么？______ (6)根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么？______ 【答案】(1)高温、高压、催化剂 (2)低温、高压 (3)在此温度下催化剂的活性最高 (4)1×105 Pa，在该压强下SO2的转化率就已经很高了，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增加设备的成本 (5)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率 (6)常压、450℃、催化剂 【解析】(1)根据影响反应速率的因素，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，应该选择的条件是升高温度、增大压强、使用合适的催化剂等。(2)根据影响平衡移动的因素，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，应该选择的条件是增大压强、降低温度。(3)450℃左右温度下催化剂的活性最高，反应速率快，所以选定450℃左右作为操作温度。(4)1×105 Pa压强下SO2的转化率就已经很高了，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增加设备的成本，所以采用1×105 Pa；(5)增大反应物O2的浓度，平衡正向移动，提高SO2的转化率，所以通入过量空气；(6)根据以上分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是常压、450℃、催化剂。 9．工业合成氨的反应为： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol-1 (1)根据下表数据计算___________。 化学键 键能/kJ/mol 436 386 x (2)在体积为的恒容密闭容器中发生上述反应，其平衡常数与温度的关系如表： T/K 298 398 498 平衡常数K 4.1×106 K1 K2 1 判断K1___________K2(填“”、“”或“”)。 ②398K时进行合成氨反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填字母)。 A．混合气体的平均摩尔质量保持不变 B．v正(N2)=3v逆(H2) C．容器内压强保持不变 D．混合气体的密度保持不变 (3)甲同学为了探究外界条件对反应的影响，以c0 mol·L－1 H2参加合成氨反应，在a、、两种条件下分别达到平衡，测得H2的浓度与反应时间的关系如图甲所示。 ①条件下，0- t0的平均反应速率v(N2 )= _________mol·L－1·min－1。 2 相对而言，可能改变的条件是____________________。 ③在条件下，t1时刻将容器容积压缩至原来的，t2时刻重新建立平衡状态。则图甲中在t1：t2时刻c(H2)的变化曲线可能为___________(填“A”、“B”、“”或“D”)。 (4)乙同学向一恒温恒压容器中充入9 molN2和23 molH2，模拟合成氨的反应，图乙表示温度时平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P)的关系。若体系在60 MPa下达到平衡 ①此时N2的平衡分压为___________ MPa。(分压总压物质的量分数) ②经计算可得此时的平衡常数KP=___________。(用平分压代替平衡浓度计算，结果精确到0.001) 【答案】(1)946 (2)①＞ ②AC (3)① ② 增加N2浓度 ③B (4)①9 ②0.043 MPa-2 【解析】(1) △H=反应物的总键能-生成物的总键能=[(x+3×436)-(2×3×386)] kJ/mol =- 92kJ/mol，解得x=946；(2) ①反应△H＜0，说明反应放热，升高温度反应逆向进行，则温度越高K值越小，所以K1＞K2；②A项，反应前后质量守恒，m不变，气体物质的量发生改变，所以平均摩尔质量改变，混合气体的平均摩尔质量保持不变可以说明反应达到平衡状态，故A正确；B项，3v正(N2)=v逆(H2)，反应达到平衡，故B错误；C项，该反应前后气体分子数发生变化，恒容，容器内压强保持不变，说明各组分含量保持不变，反应达到平衡，故C正确；D项，根据ρ=m/V，混合气体总质量不变，恒容V不变，气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡，故D错误，故选AC；(3)①a条件下，0-t0时间内，△c(H2)=(c0-c1)mol/L，发生反应为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，则△c(N2)=mol/L，所以a条件下，0～t0的平均反应速率v(N2)= mol/(L•min)；②a、b氢气起始浓度相同，b到达平衡的时间缩短，说明反应速率增大，平衡时氢气的浓度减小，说明平衡正向移动，所以改变的条件是增大N2浓度；③a条件下，t1时刻将容器容积压缩至原来的一半，则在t1时刻，c(H2)变为原来的2倍，随着反应进行，H2浓度降低，但建立新平衡时，不会比原平衡时浓度低，所以符合的为曲线B，故选为B；(4)①发生的反应为： 体系在60MPa下达到平衡，NH3的体积分数为60%，则 ，可得x=6，平衡时N2的平衡分压为，②平衡时p(N2)=9MPa，p(H2)=15MPa，p(NH3)=36MPa，所以。 10．德国人哈伯在1905年发明了合成氨的方法，其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1，他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。请回答下列问题： (1)某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L的密闭容器内充入1molN2和3molH2，加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60 则从反应开始到25min时，以H2表示的平均反应速率=_______。 (2)合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，初始时氮气、氢气的体积比为1：3，在相同催化剂条件下平衡混合物中氨的体积分数φ(NH3)与温度、压强的关系如图所示。则： A、B两点的化学反应速率较大的是_______ (填“A点”或“B点”)。在250°C、1.0×104kPa下，化学平衡常数表达式为K=_______。 (3)随着温度升高，单位时间内NH3的产率增大，温度高于900°C以后，单位时间内NH3的产率开始下降的原因可能是：升高温度催化剂活性降低；_______。 (4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：NH3(g)+CH4(g)3H2(g)+HCN(g) ΔH>0，在其他条件一定，该反应达到平衡时NH3转化率随外界条件Y变化的关系如图所示，Y代表_______(填字母代号)。 A．原料中CH4与NH3的体积比 B．温度             C．压强 (5)工业合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，当进料体积比V(N2)：V(H2)=1：3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：500°C、压强为10P0时，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P0的代数式表示]。 (6)我国科研人员发现在反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)使用Pt单原子催化剂有着高达90%以上的甲醇选择性。反应历程如下图，其中TS表示过渡态，吸附在催化剂表面上的物种用*表示。 上述能垒(活化能)为1.15eV的反应为_______。 【答案】(1)0.03mol/(L·min) (2) B点 (3)合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，NH3产率下降 (4)C (5) (6)HCOO* (g)+H*+2H2(g)=HCOOH* (g)+2H2(g)或HCOO*(g)+H* = HCOOH*(g) 【解析】 在同温度同体积的条件下，气体的物质的量之比等于压强之比，即：，解得x=0.5，即氮气变化量为0.5mol。(1)在同温度同体积的条件下，气体的反应速率之比等于化学计量数之比，由三段式可知：v(N2)= mol(L ·min)=0.01mol/(L ·min)； v(H2)=3 ×0.01=0.03mol/(L· min) (2)该反应为非等体积反应，增大压强反应速率增大，结合图像可知B点温度比A点高，且B点压强也比A点大，故反应速率较大的为B点。根据化学平衡常数的定义，该条件下合成氨的平衡常数K = 。(3)温度高于900 °C以后，NH3的产率下降，可能原因：①温度升高催化剂的活性降低；②合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动。所以，合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，NH3产率下降。(4)根据图示，Y越大，NH3转化率越小，平衡逆向移动，A．原料中甲烷的体积越大，平衡正向进行程度越高，氨气的转化率越高，故A错误； B．该反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动， NH3转化率增大，故B错误； C．该反应为气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，NH3转化率减小，故C正确。所以Y代表压强，答案选C。(5)设平衡转化x molN2，反应时加入1 mol N2， 3 mol H2，列出三段式： NH3的物质的量分数为100% = 20%， 解得x=，N2的物质的量分数为100%=100%=20%，H2的物质的量分数为1-20%-20%=60%，总压为10P0，平衡常数Kp = (6)能垒(活化能)为1.15eV的是TS2过渡态，E=1.18eV-0.03eV=1.15eV， 反应的化学方程式： HCOO* (g)+H*+2H2(g)=HCOOH* (g)+2H2(g)或HCOO*(g)+H* = HCOOH*(g) 11．(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟高二期中)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工业上制取H2SO4的重要反应。 (1)判断反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)能自发进行的条件并说明理由： 。 (2)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列的是__________(填字母)。 甲：在500℃时，10molSO2和10molO2反应 乙：在500℃时，用V2O5作催化剂，10molSO2和10 molO2反应 丙：在450℃时，8molSO2和5 molO2反应 丁：在500℃时8molSO2和5 molO2反应 A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 (3)V2O5催化氧化SO2的反应过程可分为三步，请写出步骤II的化学方程式： 步骤：V2O5+SO2=V2O4+SO3。 步骤II： 。 步骤III：2VOSO4=V2O5+SO2+SO3。 (4)某温度下，假设进入接触室内SO2的物质的量恒定。当充入SO2和O2的物质的量之比为，反应达到平衡时压强减少；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到，则O2和SO2的物质的量之比应为 (结果保留1位小数)。 (5)下表为不同温度和压强下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)中SO2的转化率(%)。 p/Pa T/℃ 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 【答案】(1)由于该反应ΔH＜0、ΔS＜0，因此该反应在低温能自发进行 (2)C (3)V2O4+O2+2SO2=2VOSO4 (4)3.5 (5)常压时转化率已经很高，再加压得不偿失(或不经济或成本升高) 【解析】(1)反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应，即ΔH＜0，且气体数目减小，ΔG＜0，因此该反应低温条件下就能自发正向反应； (2)A．丙中物质浓度最小、温度最低，也没有催化剂，所以丙条件下反应最慢，故A错误；B．对比单一变量，丁的反应速率小于丙的反应速率，故B错误；C．乙和甲相比，多了催化剂，所以乙中的反应速率大于甲；甲和丁温度相同，甲中反应物浓度更大，所以甲的反应速率大于丁；丁和丙反应物浓度相等，丁中的温度大于丙，所以丁的反应速率大于丙，因此反应速率由快到慢的顺序为乙＞甲＞丙＞丁，故C正确；D．乙的反应速率最快，故D错误；故选C； (3)总反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，则反应II为总反应-反应I-反应III= V2O4+O2+2SO2=2VOSO4； (4)当充入SO2和O2的物质的量之比为1：1，反应达到平衡时压强减少，利用三段式的方法进行计算，过程如下： 设容器体积为VL，反应达到平衡时压强减少，此时气体总物质的量为初始时的80%，即 (x-2y)+(x-y)+2y=(x+x)×80%，解得y=0.4x，可计算出该温度下的K=L•mol-1；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到90%，重新计算过程如下： 此时SO2的平衡转化率α=×100%=90%，则a=0.45x,该温度下平衡常数不变，K==L•mol-1，解得z=3.4875x； (5)由图表信息可知，常压下该反应SO2的平衡转化率已经很高，继续加压，对平衡转化率的影响较小，此时加压对设备的要求反而变高，导致生产成本上升，不利于降本增效。 34 / 34 学科网（北京）股份有限公司 $