专题05 化学反应的方向与调控【能力必到】化学人教版选择性必修1

专题05 化学反应的方向与调控 考向01 自发过程和自发反应 学生需掌握吉布斯自由能（ΔG）的概念，理解ΔG = ΔH - TΔS作为反应自发性的判据，能区分自发过程与自发反应的区别，并认识到温度等外界条件对自发性的影响。 解题时应先判断反应的ΔH和ΔS符号，再结合温度分析ΔG的正负。注意避免混淆自发反应与其逆过程，例如自发反应的逆过程在相同条件下未必自发，需具体计算ΔG。 1．下列关于自发反应的叙述中，正确的是 A．自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的 B．铁在潮湿的空气中生锈属于自发反应 C．自发过程必然是自发反应 D．自发反应与外界条件无关 2．下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 考向02 焓判据和熵判据 学生应熟悉焓变（ΔH）和熵变（ΔS）作为初步判据的局限性，能识别常见反应的放热/吸热性质和熵增/熵减情况，并理解二者需结合温度综合判断自发性。 对于判断“ΔH<0且ΔS>0”类题目，需先确认是否为化学反应，再分析能量和混乱度变化。注意物理过程（如浓硫酸稀释）不属于化学反应，不适用反应判据。 3．下列属于化学反应且且的是 A． B． C．浓硫酸稀释 D． 4．下列说法中，正确的是 A．用焓判据和熵判据可解释与盐酸反应在低温下能自发进行 B．放热过程()或熵增过程()一定是自发的 C．1mol在不同状态时的熵值： D．自发反应：  可用焓判据来解释 考向03 自由能(复合)判据 学生需熟练运用ΔG = ΔH - TΔS公式，能预测反应在不同温度下的自发性，理解ΔH和ΔS的符号组合如何决定温度对反应方向的影响。 解题时先确定ΔH和ΔS的符号，再讨论温度范围。若ΔH<0且ΔS>0，任何温度均自发；若ΔH>0且ΔS<0，任何温度均非自发；其余情况需计算临界温度T = ΔH/ΔS。 5．已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增加的反应。一定条件下，下列反应不能正向自发进行的是 A． B． C． D． 6．工业上利用甲烷制取炭黑的反应是①    ；反应过程中容易发生副反应：②    。下列有关说法中正确的是 A．反应①在常温下就可以自发进行 B．焓变是副反应②自发进行的决定因素 C．制取炭黑允许的最低温度是927.8K D．温度越高对制取炭黑越有利 1.熵变ΔS的判断方法： (1)气体体积增大的反应，熵增加，ΔS>0。 (2)气体体积减小的反应，熵减小，ΔS<0。 (3)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，即ΔS>0。 2.复合判据ΔG＝ΔH－TΔS的应用： (1)ΔG<0，反应能自发进行。 (2)ΔG＝0，反应达到平衡状态。 (3)ΔG>0，反应不能自发进行。 根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体反应能否实际发生，还涉及反应速率的问题。 解题规律 考向04 合成氨条件的选择 学生应理解合成氨反应的热力学和动力学特点，掌握勒夏特列原理在工业条件选择中的应用，包括温度、压力、催化剂和浓度对平衡与速率的影响。 分析条件时需兼顾平衡移动和实际生产效益。例如，催化剂提高速率但不影响平衡；分离产物有利于平衡右移；过高氮气浓度可能抑制解吸，反而降低速率。 7．不同催化剂下合成氨反应的历程如图，吸附在催化剂表面的物种用“*”表示。下列说法正确的是 A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，反应速率可能变慢 B．合成氨反应应选用催化剂A C．及时分离出氨气能加快合成氨反应的速率 D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏H-H需要吸收的能量太大 8．中国是世界上最大的合成氨生产国之一，合成氨反应原理： ΔH=-92.4 kJ·mol-1及反应流程如图所示。下列说法正确的是 A．合成塔中充入的N2越多，N2的转化率越大 B．使用催化剂，可提高合成氨的生成速率和平衡产率 C．及时分离出液氨，可提高原料的利用率 D．实际生产中，常采用低温、超高压的条件提高氨产率 合成氨反应的特点 合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其特点为正反应是放热反应，也是气体体积缩小的反应。根据合成氨反应的特点，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，应选择的反应条件为： （1）从反应速率方面考虑：升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。 （2）从化学平衡方面考虑：根据合成氨反应的特点，降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。 （3）催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。 解题规律 考向05 化学反应的调控 学生需具备工业化思维，能权衡热力学与动力学因素，理解条件（如温度、压力、催化剂）对转化率、速率和经济效益的综合影响。 解题时避免单一维度思考，需结合反应特点（如放热/吸热、气体分子数变化）和实际约束（如设备承压、催化剂活性温度），选择适宜而非极端的条件。 9．某工业生产中发生反应：。下列有关该工业生产的说法正确的是 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 10．硫酸工业中SO2催化氧化生成SO3：。将一定量的SO2和O2混合气在催化剂作用下反应。不同条件下，反应达到平衡时SO2的转化率如下表。下列有关说法正确的是 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．正反应的活化能小于逆反应的活化能 B．其他条件相同，500℃一定比450℃时反应速率快 C．实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强10MPa D．常温常压下，将0.5molO2和2molSO2混合充分反应，放出热量98.3kJ 考向06 多反应体系条件的选择 学生应能分析竞争反应体系，理解条件对主副反应选择性的影响，掌握转化率与选择性之间的平衡，并能进行多反应平衡计算。 对于图像题，需明确曲线含义（如转化率、选择性），结合投料比和温度分析反应趋势。注意提高某一反应物浓度可能促进副反应，需通过计算验证平衡组成。 11．工业上利用乙烷和二氧化碳反应脱氢制乙烯的相关反应如下： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   在923K条件下，向VL恒容密闭容器中充入与一定量发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，平衡时和CO的物质的量分数随起始投料比的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是 A．若图中曲线p表示CO，则曲线m表示 B．为了提高乙烯的产率可选择高温 C．当时，平衡时体系中 D．在923K条件下，向容器中再充入和的平衡转化率增大 12．在恒压密闭容器中，充入起始量一定的和，主要发生下列反应： 反应Ⅰ：         反应Ⅱ：     达平衡时，转化率和CO的选择性随温度的变化如图所示[CO的选择性]，下列说法正确的是 A．反应Ⅰ的△S>0 B．升高温度能提高的平衡产率 C．温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高说明此时主要发生反应Ⅱ D．同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择在低温低压条件下反应 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题05 化学反应的方向与调控 考向01 自发过程和自发反应 学生需掌握吉布斯自由能（ΔG）的概念，理解ΔG = ΔH - TΔS作为反应自发性的判据，能区分自发过程与自发反应的区别，并认识到温度等外界条件对自发性的影响。 解题时应先判断反应的ΔH和ΔS符号，再结合温度分析ΔG的正负。注意避免混淆自发反应与其逆过程，例如自发反应的逆过程在相同条件下未必自发，需具体计算ΔG。 1．下列关于自发反应的叙述中，正确的是 A．自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的 B．铁在潮湿的空气中生锈属于自发反应 C．自发过程必然是自发反应 D．自发反应与外界条件无关 【答案】B 【解析】A．自发反应的逆过程在相同条件下ΔG变为正值，因此不可能自发，故A错误；B．铁在潮湿空气中生锈是放热反应，常温下ΔG<0，属于自发反应，故B正确；C．自发过程包括物理过程（如冰融化）和化学反应，不一定是自发反应，故C错误；D．ΔG=ΔH-TΔS，温度等外界条件会影响ΔG的正负，因此自发反应与外界条件有关，故D错误；选B。 2．下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 【答案】C 【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误；故选C。 考向02 焓判据和熵判据 学生应熟悉焓变（ΔH）和熵变（ΔS）作为初步判据的局限性，能识别常见反应的放热/吸热性质和熵增/熵减情况，并理解二者需结合温度综合判断自发性。 对于判断“ΔH<0且ΔS>0”类题目，需先确认是否为化学反应，再分析能量和混乱度变化。注意物理过程（如浓硫酸稀释）不属于化学反应，不适用反应判据。 3．下列属于化学反应且且的是 A． B． C．浓硫酸稀释 D． 【答案】B 【解析】常见的放热反应包括：燃烧反应；酸碱中和反应；活泼金属与水或酸的反应；大多数化合反应；铝热反应；常见的吸热反应包括：大多数分解反应；以碳、氢气、一氧化碳为还原剂的氧化还原反应；碱与铵盐的反应；熵是描述混乱度的物理量，熵值增大，混乱度增大，一般同一物质，气态的熵值大于液体，液体的熵值大于固体，据此作答。A．气态水变为液态水，是物质的状态发生变化，不是化学反应，故A不符合题意；B．氨气的氧化反应为放热反应，即，且该反应为气体分子数增多的反应，因此为熵增，即，故B符合题意；C．浓硫酸溶于水是放热过程，并非是发生了化学反应，故C不符合题意；D．二氧化硫的氧化反应为放热反应，即，但该反应为气体分子数减小的反应，因此为熵减，即，故D不符合题意；故答案选B。 4．下列说法中，正确的是 A．用焓判据和熵判据可解释与盐酸反应在低温下能自发进行 B．放热过程()或熵增过程()一定是自发的 C．1mol在不同状态时的熵值： D．自发反应：  可用焓判据来解释 【答案】D 【解析】A．与盐酸反应是吸热反应，用焓判据不能解释其在低温下能自发进行，故A错误；B．反应自发进行的条件是△H-T△S＜0，反应能否自发进行与焓变、熵变和反应温度有关，放热过程(△H<0)或熵增过程(△S＞0)的过程不一定是自发的，只有满足△H-T△S＜0的过程一定是自发的，故B错误；C．同一物质，固体时的熵小于液态时的熵，即，故C错误；D．是熵减的反应，而能自发进行，是因为反应放热，有利于自发进行，可以用焓判据解释，故D正确；答案选D。 考向03 自由能(复合)判据 学生需熟练运用ΔG = ΔH - TΔS公式，能预测反应在不同温度下的自发性，理解ΔH和ΔS的符号组合如何决定温度对反应方向的影响。 解题时先确定ΔH和ΔS的符号，再讨论温度范围。若ΔH<0且ΔS>0，任何温度均自发；若ΔH>0且ΔS<0，任何温度均非自发；其余情况需计算临界温度T = ΔH/ΔS。 5．已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增加的反应。一定条件下，下列反应不能正向自发进行的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．气体分子数从2增至3，ΔS>0，且ΔH<0，ΔG=ΔH−TΔS始终<0，任何温度下均自发，A不符合题意；B．气体分子数从2减至1，ΔS<0，且ΔH>0，ΔG=ΔH−TΔS始终>0，任何温度下均不自发，B符合题意；C．气体分子数从4减至2，ΔS<0，但ΔH<0，低温时ΔG可能<0，反应可自发，C不符合题意；D．气体分子数从0增至1，ΔS>0，且ΔH>0，高温时ΔG可能<0，反应可自发，D不符合题意；故选B。 6．工业上利用甲烷制取炭黑的反应是①    ；反应过程中容易发生副反应：②    。下列有关说法中正确的是 A．反应①在常温下就可以自发进行 B．焓变是副反应②自发进行的决定因素 C．制取炭黑允许的最低温度是927.8K D．温度越高对制取炭黑越有利 【答案】C 【解析】A．反应①的ΔH为+74.848 kJ/mol，ΔS为+80.674 J/(mol·K)，常温(298K)时，ΔG=ΔH−TΔS≈50.8 kJ/mol>0，无法自发进行，A错误；B．从焓变角度看，副反应②的ΔH为+376.426 kJ/mol，为吸热反应，无自发进行倾向；从熵变角度看，ΔS=+220.211J/(mol·K)>0，有自发进行的倾向，所以熵变才是副反应②自发进行的决定因素，B错误；C．反应①自发的最低温度T=≈927.8K，C正确；D．温度过高会促进副反应②的发生，消耗更多甲烷生成乙炔，对制取炭黑越不利，D错误；故选C。 1.熵变ΔS的判断方法： (1)气体体积增大的反应，熵增加，ΔS>0。 (2)气体体积减小的反应，熵减小，ΔS<0。 (3)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，即ΔS>0。 2.复合判据ΔG＝ΔH－TΔS的应用： (1)ΔG<0，反应能自发进行。 (2)ΔG＝0，反应达到平衡状态。 (3)ΔG>0，反应不能自发进行。 小结：“坐标法”判断反应能否自发进行 注意：根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体反应能否实际发生，还涉及反应速率的问题。 解题规律 考向04 合成氨条件的选择 学生应理解合成氨反应的热力学和动力学特点，掌握勒夏特列原理在工业条件选择中的应用，包括温度、压力、催化剂和浓度对平衡与速率的影响。 分析条件时需兼顾平衡移动和实际生产效益。例如，催化剂提高速率但不影响平衡；分离产物有利于平衡右移；过高氮气浓度可能抑制解吸，反而降低速率。 7．不同催化剂下合成氨反应的历程如图，吸附在催化剂表面的物种用“*”表示。下列说法正确的是 A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，反应速率可能变慢 B．合成氨反应应选用催化剂A C．及时分离出氨气能加快合成氨反应的速率 D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏H-H需要吸收的能量太大 【答案】A 【解析】A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，可能导致反应速率变慢，A正确；B．由图可知，采用催化剂B时，反应的活化能较低，则催化剂B的催化效率更好，B错误；C．及时分离出氨气，降低生成物浓度，反应速率减小，C错误；D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏需要吸收的能量太大，D错误；故选A。 8．中国是世界上最大的合成氨生产国之一，合成氨反应原理： ΔH=-92.4 kJ·mol-1及反应流程如图所示。下列说法正确的是 A．合成塔中充入的N2越多，N2的转化率越大 B．使用催化剂，可提高合成氨的生成速率和平衡产率 C．及时分离出液氨，可提高原料的利用率 D．实际生产中，常采用低温、超高压的条件提高氨产率 【答案】C 【解析】制取原料气主要含有N2、H2，以及CO等杂质气体，净化时，除去杂质气体，防止催化剂中毒，将N2、H2经压缩机压缩成高压气体，在合成塔中发生反应：，及时分离出液氨，促进平衡正向移动，据此分析解题。A．合成塔中充入的氮气越多相当于增大氮气浓度，平衡向正反应方向移动，但氮气的转化率减小，故A错误；B．使用催化剂，化学反应速率加快，但平衡不移动，氨气的平衡产率不变，故B错误；C．及时分离出液氨，生成物氨气的浓度减小，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率增大，原料的利用率增大，故C正确；D．为提高合成氨的综合效益，实际生产中，常采用适宜高温、适宜高压的条件提高氨产率，故D错误；选C。 合成氨反应的特点 合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其特点为正反应是放热反应，也是气体体积缩小的反应。根据合成氨反应的特点，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，应选择的反应条件为： （1）从反应速率方面考虑：升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。 （2）从化学平衡方面考虑：根据合成氨反应的特点，降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。 （3）催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。 解题规律 考向05 化学反应的调控 学生需具备工业化思维，能权衡热力学与动力学因素，理解条件（如温度、压力、催化剂）对转化率、速率和经济效益的综合影响。 解题时避免单一维度思考，需结合反应特点（如放热/吸热、气体分子数变化）和实际约束（如设备承压、催化剂活性温度），选择适宜而非极端的条件。 9．某工业生产中发生反应：。下列有关该工业生产的说法正确的是 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 【答案】D 【解析】A．如常压下转化率较大，则不采用高压，且考虑对设备的承压要求，则不一定采用高压，故A错误；B．加入B，平衡正向移动，A的转化率增大，但B的转化率减小，故B错误；C．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，转化率减小，故C错误；D．催化剂可以提高反应速率，单位时间内生成更多的M，提高M的日产量，故D正确；答案选D。 10．硫酸工业中SO2催化氧化生成SO3：。将一定量的SO2和O2混合气在催化剂作用下反应。不同条件下，反应达到平衡时SO2的转化率如下表。下列有关说法正确的是 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．正反应的活化能小于逆反应的活化能 B．其他条件相同，500℃一定比450℃时反应速率快 C．实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强10MPa D．常温常压下，将0.5molO2和2molSO2混合充分反应，放出热量98.3kJ 【答案】A 【解析】A．已知反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，结合题干已知该反应正反应是一个放热反应，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，A正确；B．已知该反应的催化剂铁触媒的活性温度为450℃到500℃，故其他条件相同，550℃不一定比450℃时反应速率快，B错误；C．由题干表中数据可知，450℃、1个标准大气压下SO2的转化率已经相当高了，故实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强1MPa，C错误；D．由题干信息可知，该反应是一个可逆反应，常温常压下，将0.5molO2和2molSO2混合充分反应，O2不可能完全转化，故放出热量小于98.3kJ，D错误；故答案为：A。 考向06 多反应体系条件的选择 学生应能分析竞争反应体系，理解条件对主副反应选择性的影响，掌握转化率与选择性之间的平衡，并能进行多反应平衡计算。 对于图像题，需明确曲线含义（如转化率、选择性），结合投料比和温度分析反应趋势。注意提高某一反应物浓度可能促进副反应，需通过计算验证平衡组成。 11．工业上利用乙烷和二氧化碳反应脱氢制乙烯的相关反应如下： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   在923K条件下，向VL恒容密闭容器中充入与一定量发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，平衡时和CO的物质的量分数随起始投料比的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是 A．若图中曲线p表示CO，则曲线m表示 B．为了提高乙烯的产率可选择高温 C．当时，平衡时体系中 D．在923K条件下，向容器中再充入和的平衡转化率增大 【答案】D 【解析】A．图中曲线p表示的物质为CO，随起始投料比比值增大，浓度增大，致使反应Ⅱ正向移动，浓度降低，致使反应Ⅰ也正向移动，乙烯浓度增大，但由于起始的物质的量的增加，乙烯的平衡物质的量分数减小，反应Ⅰ正向移动使乙烷的转化率增大，平衡物质的量减小，平衡物质的量分数减小，因此，乙烷的平衡物质的量分数改变量比乙烯的物质的量分数改变量变化大，故表示的曲线为m， A正确；B．反应Ⅰ的焓变大于0，为吸热反应，升高温度平衡正向移动，的产率提高， B正确；C．当时，CO平衡物质的量分数为12%，曲线m与曲线n相交，，利用三段式分析计算： 平衡时为为xmol，，解得，平衡时CO为ymol，总气体物质的量为，代入，总气体为2.7mol，CO平衡物质的量分数为，解得，即平衡时体系中， C正确；D．恒温恒容条件下，向容器中再充入和，反应Ⅰ逆向移动，的平衡转化率减小， D错误；故选D。 12．在恒压密闭容器中，充入起始量一定的和，主要发生下列反应： 反应Ⅰ：         反应Ⅱ：     达平衡时，转化率和CO的选择性随温度的变化如图所示[CO的选择性]，下列说法正确的是 A．反应Ⅰ的△S>0 B．升高温度能提高的平衡产率 C．温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高说明此时主要发生反应Ⅱ D．同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择在低温低压条件下反应 【答案】A 【解析】反应I是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的选择性逐渐增大，因此曲线①是的选择性随温度的变化、曲线②是转化率随温度的变化。A．反应I能够自发进行，根据可知，，故A正确；B．反应I正向反应是吸热反应，反应Ⅱ正向反应是放热反应，升高温度，反应I正向移动，反应Ⅱ逆向移动，的平衡产率降低，故B错误；C．根据前面分析曲线①是的选择性随温度的变化曲线、曲线②是转化率随温度的变化曲线，温度高于300℃时，曲线①随温度升高增大趋势大于曲线②，说明此时主要发生反应I，故C错误；D．反应Ⅱ正向反应是体积减小的放热反应，要同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择在低温高压条件下反应，故D错误；综上所述，答案为A。 学科网（北京）股份有限公司 $