专题04 化学反应方方向和工业合成氨（期中复习讲义）高二化学上学期沪科版

专题04 化学反应方向和工业合成氨 考查重点 命题角度 自发反应与自发过程 注意区分自发反应（仅指化学反应）和自发过程（包含物理变化和化学变化）。例如，气体混合、溶液扩散等物理过程属于自发过程，但不是自发反应。 自发反应的焓判据与熵判据 分析反应的焓判据与熵判据及其局限性 复合判据的使用 综合判断反应的自发性；利用公式分析在不同温度下反应进行的程度。 工业合成氨的分析 工业生产中的反应调控：分析工业反应中如何通过控制温度、压强等条件，利用焓判据和熵判据优化反应条件，提高反应的自发性和产率。 化学反应条件的选择与优化 根据焓判据、熵判据以及化学反应速率与平衡进行化学反应条件的选择与优化。 一、化学反应进行的方向 1．自发过程 含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。 2．化学反应方向进行的判据 （1）焓判据 放热过程中体系能量降低，△H＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应的方向不全面。 （2）熵判据 ①熵：量度体系混乱（或有序）的程度的物理量，符号S（同一物质，三种状态下熵值：气态＞液态＞固态） ②熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大。即熵变（△S）大于零。 ③熵判据 体系的混乱度增大（既熵增），△S＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减反应也可以自发进行，故只用熵变判断反应的方向也不全面。 注：过程的自发性只能用于判断反应进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 二、自由能与化学反应的方向 1．自由能与化学反应的方向：在等温、等压条件下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能（符号为ΔG，单位为kJ/mol）的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：即ΔG=ΔH-TΔS。这时，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即： ΔG=ΔH-TΔS<0，反应 能自发进行 ； ΔG=ΔH-TΔS=0，反应 处于平衡状态 ； ΔG=ΔH-TΔS>0，反应 不能自发进行 。 2．综合焓变和熵变判断反应是否自发的情况： 焓变 熵变 化学反应能否自发进行 ΔH<0 ΔS>0 任何温度都能自发进行 ΔH>0 ΔS<0 不能自发进行 ΔH<0 ΔS<0 较低温度时自发进行 ΔH>0 ΔS>0 高温时自发进行 小结： “大大高温，小小低温” 3．应用判据时的注意事项 （1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 （2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 （3）只适用于没有发生的反应 注：一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的 二、工业合成氨 一、反应：N2+3H22NH3 二、特点： 1、可逆反应 2、放热反应：ΔH<0 3、熵减小的反应：ΔS<0 （三）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 工业合成氨的适宜条件 压强：10-30MPa 温度：400-500℃ 催化剂：铁触媒（500℃左右时的活性最大） 三、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 四、工业合成氨的生产流程 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。 影响化学反应进行的两个因素 三、化学反应的调控 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 总结： 1、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，又要注意对二者影响的矛盾性 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 注意催化剂的活性受温度的限制 2、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 3、催化剂的活性与“中毒” 催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。 题型一 自反反应与自发过程 【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．石灰石转化为生石灰 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A．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．水的凝固点为0℃，水在常温下是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理变化，B不符合题意；C．石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行，该变化过程在常温下不是自发进行的，C符合题意；D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，发生了吸氧腐蚀，是自发进行的变化，D不符合题意。故选C。 【变式1-1】下列属于非自发过程的是 A．水由高处向低处流 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 【答案】D 【解析】A．水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选； B．蔗糖在水中溶解常温下可自发进行，故B不选； C．常温下天然气燃烧生成二氧化碳和水，反应放热ΔH＜0，△S＜0，ΔH-T△S＜0，属于自发进行的过程，故C不选； D．室温下水结成冰是温度降低作用下的变化，不是自发进行的反应，故D选； 答案选D。 【变式1-2】下列属于非自发过程的是 A．雨水下落过程 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 【答案】D 【解析】A．雨水下落过程，是自发进行的过程，故A不选； B．蔗糖在水中溶解常温下可自发进行，故B不选； C．常温下天然气燃烧生成二氧化碳和水，反应放热ΔH＜0，△S＜0，ΔH-T△S＜0，属于自发进行的过程，C不选； D．室温下水结成冰是温度降低作用下的变化，不是自发进行的反应，故D选； 故选D。 题型二 焓判据与熵判据 【典例2】下列说法不正确的是 A．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 B．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 C．甲烷和乙烷燃烧均为自发放热反应 D．可以通过改变温度或加催化剂的办法使非自发反应转变为自发反应 【答案】D 【解析】A．反应自发进行的判断依据是∆H-T∆S＜0，焓减、熵增的反应有利于反应自发进行，焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，故A正确； B．反应自发进行的判断依据是∆H-T∆S＜0，自发进行的反应也需要一定条件才可以发生，放热的自发过程，∆H＜0，∆S可能小于0也可能大于0，所以，放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程，∆H＞0，因T＞0，须∆H-T∆S＜0，取决于∆S＞0，所以吸热的自发过程一定为熵增加的过程，故B正确； C．甲烷和乙烷燃烧反应是放热反应，均为自发反应，故C正确； D．催化剂只改变反应所需的活化能，不改变反应热，所以对∆H﹣T∆S的值无影响，则无法使非自发反应转化为自发反应，故D错误； 故选D。 【变式2-1】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值，A正确； B．CO2和O2物质的量相同，且均为气态，CO2含有的原子总数多，CO2的摩尔质量大，所以熵值，B错误； C．等量的同物质，熵值关系为：S(g)>S(l)>S(s)，所以熵值，C错误； D．从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值，D错误； 故选A。 【变式2-2】下列说法正确的是 A．冰变为水是熵增的过程 B．水蒸气冷凝需从环境吸热 C．能自发进行的反应都是放热反应 D．能自发进行的反应都是熵增的过程 【答案】A 【解析】A．同种物质熵值：液体>固体，则冰变为水是熵增的过程，故A正确； B．水蒸气的能量比液态水高，因此水蒸气冷凝为液态水是放热过程，故B错误； C．能自发进行的反应中， ，不一定是放热反应，故C错误； D．能自发进行的反应一定是 ，不一定是熵增的过程，故D错误； 答案选A。 题型三 自发反应的复合判据 【典例3】下列说法中错误的是 A．焓降低且熵增加的反应，在任何温度下都能自发进行 B．凡是能量达到活化能的分子发生的碰撞均为有效碰撞 C．平衡常数K值越大，该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大 D．对于等物质的量的同一物质在不同状态时的熵值：气态>液态>固态 【答案】B 【解析】A．，在焓变减小，熵变增大的状况下，都是负值，所以反应是可以自发进行，且不受温度影响，A项正确； B．能量达到活化能的分子为活化分子，当活化分子发生碰撞能发生化学反应，有新物质生成的碰撞为有效碰撞，B项错误； C．K越大，正向进行的程度越大，达到平衡时，反应进行的越完全，正向进行的程度越大，转化率越大，C项正确； D．熵即为混乱度，混乱度越大则熵值越大，对于等物质的量的同一物质的混乱度为：气体>液态>固态，D项正确 答案选B。 【变式3-1】下列说法完全正确的是 A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应 B．ΔS为正值的反应均能自发进行 C．物质的量增加的反应，ΔS为正值 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)　ΔS>0 【答案】D 【解析】A．自发反应由ΔH−TΔS决定，吸热反应（ΔH>0）若ΔS足够大且温度足够高时也可自发，因此ΔH<0并非必要条件，A错误； B．ΔS为正值仅表明熵增，但若ΔH过大且温度不足，ΔH-TΔS可能仍为正，反应无法自发，B错误； C．熵变取决于物质状态变化而非单纯物质的量，例如生成固体或液体可能使熵减，C错误； D．CaCO3(s)分解生成气体CO2(g)，气体熵增显著，体系混乱度增加，ΔS>0，D正确； 故选D。 【变式3-2】下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 【答案】D 【解析】反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。 【变式3-3】列对化学反应预测正确的是 选项 化学反应方程式 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)=2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3 C 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 【答案】B 【解析】A．反应中气体分子数增大，则ΔS＞0，又因ΔH＞0，则反应高温自发，A错误； B．反应ΔH＜0，且能自发进行，则可能ΔS＞0、ΔS＝0或ΔS＜0，反应中气体分子数可能增大、不变或减小，B正确； C．反应中气体分子数增大，ΔS＞0，又反应能自发，则ΔH＞0、ΔH＝0或ΔH＜0都有可能，C错误； D．反应中气体分子数减小，ΔS＜0，又常温自发，则必有ΔH＜0，D错误； 故选B。 题型四 复合判据的相关计算 【典例5】灰锡结构松散，不能用于制造器皿。现把白锡制造的器皿在0℃、100kPa环境下存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用呢？(已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应的焓变和熵变分别为，，当时能自发反应) A．会变 B．不会变 C．不能确定 D．升高温度才会变 【答案】A 【解析】在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态，因此，在0℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔH-TΔS=-2180.9 J/mol-273 K×[-6.61 J/(mol·K)]=-376.37 J/mol<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。根据上述分析，在该条件下白锡会自发反应，变为灰锡，A正确。 【变式4-1】在一定温度下，利用催化剂将分解为和。已知该反应的ΔH=+90.8kJ/mol，ΔS=198.9J·mol-1·K-1，哪个温度下反应能自发进行 A．30℃ B．90℃ C．140℃ D．200℃ 【答案】D 【解析】若反应自发进行，则需， ，即温度应高于，故答案为：D。 【变式4-2】已知2CO(g)CO2(g)+C(s)，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS的正负符号为________ __；当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为__________。在冶金工业中，以C作为还原剂，温度高于980K时的氧化产物是以__________为主，低于980K时以__________为主。 【答案】负；正；CO；CO2 【解析】由2CO(g) ⇌CO2(g)+C(s)可知ΔS＜0，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0，故ΔH＜0；当T＜980K时，ΔH－TΔS＜0。以C作还原剂，T＞980K时，2CO(g) ⇌CO2(g)+C(s)逆反应自发进行，氧化产物以CO为主；T＜980K时，2CO(g) ⇌CO2(g)+C(s)正反应自发进行，氧化产物以CO2为主。 题型五 工业合成氨 【典例5】下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行 D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 【答案】D 【解析】A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS<0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH<0、ΔS<0，故在常温条件下该反应能自发进行。 【变式5-1】合成氨工业中 N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，选择适宜的压强时，不需要考虑的因素是 A．反应速率 B．平衡移动 C．设备成本 D．催化剂活性 【答案】D 【解析】A．该反应为有气体参与的反应，因此增大压强，各物质的浓度增大，反应速率加快，提高氨气的生成速率，这是需要考虑的因素，故A不选； B．该反应为反应前后气体的总量发生变化的反应，因此增大压强，平衡右移，有利于氨高氨气的生成，这是需要考虑的因素，故B不选； C．增大压强，需要设备耐压能力要大，就要考虑到制造耐压设备的成本，这是需要考虑的因素，故C不选； D．催化剂的活性与温度有关，与压强没有关系，选择适宜的压强时，不需要考虑催化剂的活性，故D可选；故选D。 【变式5-2】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是(　　) A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 【答案】C 【解析】对于反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，使用催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率，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。 【变式5-3】在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有(　　) ①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂 A．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤D．①②③⑤⑧ 【答案】C 【解析】从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。 题型六 工业合成氨的流程分析 【典例6】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 【分析】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。 【解析】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。 【变式6-1】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】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。 【变式6-2】德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法错误的是 A．增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原料转化率 B．升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平衡转化率 C．冷却过程中采用热交换有助于节约能源 D．原料循环使用可提高其利用率 【答案】B 【分析】合成氨的热化学化学方程式为。 【解析】A．增大压强可以加快合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高原料转化率，A正确； B．合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低平衡转化率，B错误； C．冷却过程中采用热交换，有助于节约能源，C正确； D．原料循环使用，充分利用原料，可提高其利用率，D正确； 故答案为：B。 题型七 化学反应条件的选择与优化 【典例7】工业上通常将水蒸气喷入灼热的炭层以生产水煤气，反应为：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g) △H＞0。下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数k=c(CO)·c(H2) B．高压条件有利于工业生产水煤气 C．在较高温度时该反应可以自发进行 D．因正向熵增加，故任何温度下都能自发发生 【答案】C 【解析】A.由题给化学方程式可知反应平衡常数k=，A错误； B.该反应是一个气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，不利于工业生产水煤气，B错误； C.由方程式可知，反应的焓变△H＞0，该反应是一个气体体积增大的反应，反应的熵变△S＞0，在较高温度时H—T△S＜0，反应可以自发进行，C正确； D.因该反应焓变大于0，正向熵增加，则在较高温度时△H—T△S＜0，才能自发发生，D错误； 故选C。 【变式7-1】CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，CO在不同温度下的平衡转化率与压强及温度的关系如图所示。下列说法正确的是（    ）    A．该反应的△H>0 B．实际生产选择的压强越高越好 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，提高CO的转化率 D．平衡常数：K350℃<K250℃ 【答案】D 【解析】A选项，画一条与y轴平行的线，从下到上，温度降低，平衡向放热方向移动，y轴CO转化率升高，说明正向移动，即正向为放热反应，A错误； B选项，实际生产选择的压强不是越高越好，因此压强高对设备的要求越高，B错误； C选项，使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，但平衡不移动，不能提高CO的转化率，C错误； D选项，由A得出该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，K值减小，D正确； 故选D。 【变式7-2】工业上制备硫酸的一步重要反应是在400～500℃下的催化氧化反应    △H＜0。下列有关说法错误的是 A.实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B.在实际生产中控制温度为400～500℃，温度过低速率慢，温度过高转化率低 C.为提高反应速率和平衡时的转化率，实际生产中采用的压强越大越好 D.要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件 【答案】C 【解析】A. 该反应是一个可逆反应，实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率，A正确； B. 选择温度时，从速率考虑需要高温，但是该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的转化率降低，选择400-500℃既能提升反应速率，又能使催化剂有较高的活性，这是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，B正确； C. 在二氧化硫的催化氧化中，增大压强会增加成本，实际生产中采用的压强并不是越大越好，C错误； D. 要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件，提高生产的效率降低生产的成本，D正确； 故选C。 基础通关练（测试时间：10分钟） 1.下列几个过程中，属于熵减的变化是 A．干冰的升华 B．NaCl固体溶于水 C．2Na+Cl22NaCl D．NH4ClNH3↑+HCl↑ 【答案】C 【解析】A．干冰的升华是固体变化为气体，熵增大，故A不符合； B．NaCl溶于水溶解生成氯离子和钠离子，混乱度增大，熵增大，故B不符合； C．2Na+Cl22NaCl反应中气体体积减小，熵减小，故C符合； D．NH4ClNH3↑+HCl↑反应后生成气体，反应的熵增大，故D不符合。 答案选C。 2.对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是(　　) A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行 B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D．固体的溶解过程与熵变无关 【答案】B 【解析】化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。 3.在25℃和时， 该反应能自发进行的原因是 A．是吸热反应 B．是熵减少的反应 C．是放热反应 D．熵增大效应大于能量效应 【答案】D 【解析】A．吸热反应不利于自发进行，A错误； B．该反应是气体增加的反应，是熵增加的反应，B错误；C．该反应的△H>0，是吸热反应，C错误；D．该反应是熵增加的吸热反应，熵增加有利于自发进行，吸热不利于自发进行，能自发进行的原因是熵增大效应大于焓效应，D正确；故选D。 4.已知“凡气体分子总数增加的反应都是熵增大的反应”。下列反应在任何温度下都不自发进行的是 A．2O3(g)=3O2(g)　H<0 B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)　H>0 C．N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)　H<0 D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　H>0 【答案】B 【解析】A．该反应的H<0，根据方程式可知S>0，则根据G=H-T•S可知，任何温度下都能满足H-T•S<0，反应可自发进行，A错误； B．该反应的H>0，根据方程式可知S<0，任何温度下都满足G=H-T•S>0，反应不能自发进行，B错误； C．该反应的H<0，根据方程式可知S<0，则在较低温度下，可满足H-T•S<0，反应可自发进行，C错误； D．该反应的H>0，根据方程式可知S>0，所以在较高温度下，可满足H-T•S<0，反应可自发进行，D错误； 故选B。 5.合成甲醇的反应存在平衡体系CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH<0，为了提高CH3OH的产量，应该采取的措施是(　　) A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 【解析】合成甲醇的反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，为提高CH3OH的产量，一要使平衡正向移动，二要使反应速率增大，因此应使用催化剂，同时考虑催化剂的活性，反应温度要适宜，高压有利于平衡正向移动，故采取的措施是选择适宜的温度、高压、催化剂。 【答案】B 6.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。 7.下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【答案】A 【解析】A．合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的浓度减小，所以室温比500℃左右更有利于合成氨的反应，故A错误；B．合成氨厂一般采用10MPa～30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素，因为压强大，反应速率快，有利于合成氨，但是压强太高，对仪器设备要求也高，压强过低，反应速率慢，不利于合成氨，故B正确；C．将混合气体中的氨液化，减小了生成物的浓度，合成氨反应的化学平衡正向移动，有利于合成氨，故C正确；D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质，比如氧气，能和催化剂铁在高温下反应，使催化剂“中毒”，故D正确；故选A。 8.已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【答案】C 【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。 【解析】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取；②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，②可采取；③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取；④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，④不可采取；⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，⑤不可采取；⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，⑥可采取；⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取；故选②⑥；故选C。 9.对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是 A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B．都对化学平衡状态有影响，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，只有压强对化学平衡状态有影响 D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用 【答案】C 【解析】A．都能提高反应速率，高压会使平衡正向移动，A错误； B．催化剂只改变速率，对化学平衡不移动，B错误； C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响，催化剂不影响平衡移动，C正确； D．催化剂、压强提高反应速率，都能缩短反应达到平衡状态所用的时间，D错误。 故选C。 10.有平衡体系：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，为了增加氨气的产量，应采用的正确措施是 A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 【答案】B 【解析】A．此反应为放热的反应，高温条件下使反应逆向进行，氨气的产率减小，A错误； B．适宜的温度和催化剂，有利于反应速率增大，此反应为体积减小的反应，故高压下使反应正向移动，B正确； C．低压下，平衡逆向移动，不利于氨气的产出，C错误； D．温度过高，使反应逆向进行，氨气的产率减小，D错误： 故选B。 重难突破练（测试时间：10分钟） 1.下列对于化学反应方向说法不正确的是 A．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断 B．一定温度下，反应的 C．知道了某过程有自发性之后，就能确定该过程是否一定会发生 D．某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应 【答案】C 【解析】A．根据G=H-TS，自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断，A正确；B．反应2NaCl(s)=2Na(s)+ Cl2(g)是熔融氯化钠的电解，是吸热反应H>0， 反应后气体分子数增多是熵增加的过程S>0，B正确；C．知道了某过程有自发性之后，不能确定该过程是否一定会发生， 因为可能还受活化能、温度压强等的影响，C错误；D．根据G=H-TS，G<0反应自发，因此某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应，D正确；故选C。 2.下列有关化学反应原理的说法中正确的是 A．需要加热的反应都是非自发反应，不需要加热的反应都是自发反应 B．反应  ，则该反应能自发进行 C．100mL2mol/L的盐酸与锌片反应，加入少量NaCl固体，反应速率不变 D．若反应可以自发，则该反应的速率一定较快 【答案】C 【解析】A．时反应自发进行，不能根据是否加热判断反应的自发进行情况，A错误； B．反应  ，其，该反应的，则不能自发进行，B错误； C．100mL2mol/L的盐酸与锌片反应，加入少量NaCl固体，溶液中氢离子浓度几乎不变，则反应速率不变，C正确； D．反应能否自发与反应速率无关，如自然界中发生的缓慢的氧化还原反应属于自发反应，但反应速率很小，D错误； 故选C。 3.下列对化学反应预测正确的是 选项 化学反应方程式 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)=2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3 C 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 【答案】B 【解析】A．反应中气体分子数增大，则ΔS＞0，又因ΔH＞0，则反应高温自发，A错误；B．反应ΔH＜0，且能自发进行，则可能ΔS＞0、ΔS＝0或ΔS＜0，反应中气体分子数可能增大、不变或减小，B正确；C．反应中气体分子数增大，ΔS＞0，又反应能自发，则ΔH＞0、ΔH＝0或ΔH＜0都有可能，C错误；D．反应中气体分子数减小，ΔS＜0，又常温自发，则必有ΔH＜0，D错误；故选B。 4.硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 【答案】C 【分析】氮气和氢气在合成塔中发生反应生成，在氧化炉中发生反应生成NO，NO与空气在吸收塔中发生2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO反应制得硝酸，据此回答。 【解析】A．在合成氨反应中，N2中氮元素化合价从0价降低到-3价，N2作氧化剂；在氧化炉中发生反应 ，中氮元素化合价升高，作还原剂；NO在吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2，NO中氮元素化合价升高，NO作还原剂，A错误； B．合成氨的正反应是放热反应，高温会使平衡逆向移动，降低的平衡产率；高压使平衡正向移动，能提高的平衡产率，B错误； C．吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，通入空气，提供O2，使NO能充分反应，提高NO的转化率，C正确； D．浓硝酸具有强氧化性，能与铜反应，不能用铜作为盛装浓硝酸的罐体材料，D错误； 故选C。 5.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，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 【答案】A 【解析】A．高温高压、催化剂是合成氨的条件，硫酸工业不需要高压，故A错误； B．为提高SO2的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气越多，导致体系温度下降，需要更多的能量，为提高的转化率，可通入稍过量的空气，故B正确； C．升高温度可加快反应速率，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择400~500C是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，故C正确； D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气，是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 答案选：A。 6.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。工业合成氨生产示意图如图所示。 （1）下列有关合成氨工业的说法正确的是___________ A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行 B．合成氨反应中，反应物的总键能小于产物的总键能 C．合成氨厂一般采用的压强为，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 （2）循环利用的Y是氮气和氢气，目的是 。 （3）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有 (填编号)。 ①使用催化剂     ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量      ③及时分离产生的NH3 ④升高温度      ⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大 （4）氮的固定和氮的循环是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 27 2000 25 400 450 K 0.1 0.507 0.152 分析数据可知： ①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1mol·L-1，此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。 ②人类不适合大规模模拟大气固氮的原因是 。 【答案】（1）AB （2）提高氮气和氢气转化率 （3）② （4）< 大气固氮为吸热反应，温度高达2000℃时，K值仍然很小，正向进行的程度很小，转化率很低，不适合大规模生产 【解析】（1）A项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行，该反应ΔH<0，ΔS<0，则在低温或常温时自发进行，故A正确；B项，合成氨为放热反应，说明反应物断键吸收能量小于产物成键放出能量，故B正确；C项，合成氨厂一般采用的压强为10MPa ~30MPa，因为高压利于氨的合成，且能提高反应速率，与催化剂活性无关，故C错误；D项，N2的量越多，H2的转化率越大，当氢气转化至一定程度，多余的氮气对反应无促进作用，故D错误；故选AB； （2）合成氨的反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化，循环使用可提高氮气和氢气转化率； （3）①使用催化剂，只能提高反应速率，不能提高产率； ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量，反应物浓度增大，提高反应速率，压强增大，提高产率；③及时分离产生的NH3，可提高反应物转化率，但不能提升反应速率；④该反应为放热反应，升高温度，可提高反应速率，但平衡逆向移动，不能提高产率；⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大，反应物浓度不变，速率不变；所以要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施②； （4）①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1mol·L-1，此时浓度商，说明平衡逆向移动，所以v正<v逆；②根据表中数据可知，温度升高到2000℃，K=0.1，转化率较低，不适合大规模生产。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 化学反应方向和工业合成氨 考查重点 命题角度 自发反应与自发过程 注意区分自发反应（仅指化学反应）和自发过程（包含物理变化和化学变化）。例如，气体混合、溶液扩散等物理过程属于自发过程，但不是自发反应。 自发反应的焓判据与熵判据 分析反应的焓判据与熵判据及其局限性 复合判据的使用 综合判断反应的自发性；利用公式分析在不同温度下反应进行的程度。 工业合成氨的分析 工业生产中的反应调控：分析工业反应中如何通过控制温度、压强等条件，利用焓判据和熵判据优化反应条件，提高反应的自发性和产率。 化学反应条件的选择与优化 根据焓判据、熵判据以及化学反应速率与平衡进行化学反应条件的选择与优化。 一、化学反应进行的方向 1．自发过程 含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。 2．化学反应方向进行的判据 （1）焓判据 放热过程中体系能量降低，△H＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应的方向不全面。 （2）熵判据 ①熵：量度体系混乱（或有序）的程度的物理量，符号S（同一物质，三种状态下熵值： ） ②熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大。即熵变（△S）大于零。 ③熵判据 体系的混乱度增大（既熵增），△S＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减反应也可以自发进行，故只用熵变判断反应的方向也不全面。 注：过程的自发性只能用于判断反应进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 二、自由能与化学反应的方向 1．自由能与化学反应的方向：在等温、等压条件下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能（符号为ΔG，单位为kJ/mol）的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：即ΔG=ΔH-TΔS。这时，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即： ，反应 ； ，反应 ； ，反应 。 2．综合焓变和熵变判断反应是否自发的情况： 焓变 熵变 化学反应能否自发进行 ΔH<0 ΔS>0 ΔH>0 ΔS<0 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS>0 小结： 3．应用判据时的注意事项 （1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 （2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 （3）只适用于没有发生的反应 注：一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的 二、工业合成氨 一、反应：N2+3H22NH3 二、特点： 1、可逆反应 2、放热反应：ΔH 0 3、熵减小的反应：ΔS 0 （三）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 工业合成氨的适宜条件 压强：10-30MPa 温度：400-500℃ 催化剂：铁触媒（500℃左右时的活性最大） 三、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 四、工业合成氨的生产流程 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。 影响化学反应进行的两个因素 三、化学反应的调控 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 总结： 1、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，又要注意对二者影响的矛盾性 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 注意催化剂的活性受温度的限制 2、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 3、催化剂的活性与“中毒” 催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。 题型一 自反反应与自发过程 【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．石灰石转化为生石灰 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式1-1】下列属于非自发过程的是 A．水由高处向低处流 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 【变式1-2】下列属于非自发过程的是 A．雨水下落过程 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 题型二 焓判据与熵判据 【典例2】下列说法不正确的是 A．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 B．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 C．甲烷和乙烷燃烧均为自发放热反应 D．可以通过改变温度或加催化剂的办法使非自发反应转变为自发反应 【变式2-1】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是 A． B． C． D． 【变式2-2】下列说法正确的是 A．冰变为水是熵增的过程 B．水蒸气冷凝需从环境吸热 C．能自发进行的反应都是放热反应 D．能自发进行的反应都是熵增的过程 题型三 自发反应的复合判据 【典例3】下列说法中错误的是 A．焓降低且熵增加的反应，在任何温度下都能自发进行 B．凡是能量达到活化能的分子发生的碰撞均为有效碰撞 C．平衡常数K值越大，该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大 D．对于等物质的量的同一物质在不同状态时的熵值：气态>液态>固态 【变式3-1】下列说法完全正确的是 A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应 B．ΔS为正值的反应均能自发进行 C．物质的量增加的反应，ΔS为正值 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)　ΔS>0 【变式3-2】下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 【变式3-3】列对化学反应预测正确的是 选项 化学反应方程式 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)=2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3 C 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 题型四 复合判据的相关计算 【典例5】灰锡结构松散，不能用于制造器皿。现把白锡制造的器皿在0℃、100kPa环境下存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用呢？(已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应的焓变和熵变分别为，，当时能自发反应) A．会变 B．不会变 C．不能确定 D．升高温度才会变 【变式4-1】在一定温度下，利用催化剂将分解为和。已知该反应的ΔH=+90.8kJ/mol，ΔS=198.9J·mol-1·K-1，哪个温度下反应能自发进行 A．30℃ B．90℃ C．140℃ D．200℃ 【变式4-2】已知2CO(g)CO2(g)+C(s)，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS的正负符号为________ __；当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为__________。在冶金工业中，以C作为还原剂，温度高于980K时的氧化产物是以__________为主，低于980K时以__________为主。 题型五 工业合成氨 【典例5】下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行 D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 【变式5-1】合成氨工业中 N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，选择适宜的压强时，不需要考虑的因素是 A．反应速率 B．平衡移动 C．设备成本 D．催化剂活性 【变式5-2】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是(　　) A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 【变式5-3】在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有(　　) ①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂 A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．①②③⑤⑧ 题型六 工业合成氨的流程分析 【典例6】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 【变式6-1】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 【变式6-2】德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法错误的是 A．增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原料转化率 B．升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平衡转化率 C．冷却过程中采用热交换有助于节约能源 D．原料循环使用可提高其利用率 题型七 化学反应条件的选择与优化 【典例7】工业上通常将水蒸气喷入灼热的炭层以生产水煤气，反应为：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g) △H＞0。下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数k=c(CO)·c(H2) B．高压条件有利于工业生产水煤气 C．在较高温度时该反应可以自发进行 D．因正向熵增加，故任何温度下都能自发发生 【变式7-1】CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，CO在不同温度下的平衡转化率与压强及温度的关系如图所示。下列说法正确的是（    ）    A．该反应的△H>0 B．实际生产选择的压强越高越好 C．使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，提高CO的转化率 D．平衡常数：K350℃<K250℃ 【变式7-2】工业上制备硫酸的一步重要反应是在400～500℃下的催化氧化反应    △H＜0。下列有关说法错误的是 A.实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B.在实际生产中控制温度为400～500℃，温度过低速率慢，温度过高转化率低 C.为提高反应速率和平衡时的转化率，实际生产中采用的压强越大越好 D.要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件 基础通关练（测试时间：10分钟） 1.下列几个过程中，属于熵减的变化是 A．干冰的升华 B．NaCl固体溶于水 C．2Na+Cl22NaCl D．NH4ClNH3↑+HCl↑ 2.对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是(　　) A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行 B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D．固体的溶解过程与熵变无关 3.在25℃和时， 该反应能自发进行的原因是 A．是吸热反应 B．是熵减少的反应 C．是放热反应 D．熵增大效应大于能量效应 4.已知“凡气体分子总数增加的反应都是熵增大的反应”。下列反应在任何温度下都不自发进行的是 A．2O3(g)=3O2(g)　H<0 B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)　H>0 C．N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)　H<0 D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　H>0 5.合成甲醇的反应存在平衡体系CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH<0，为了提高CH3OH的产量，应该采取的措施是(　　) A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 6.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 7.下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 8.已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 9.对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是 A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B．都对化学平衡状态有影响，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，只有压强对化学平衡状态有影响 D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用 10.有平衡体系：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，为了增加氨气的产量，应采用的正确措施是 A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 重难突破练（测试时间：10分钟） 1.下列对于化学反应方向说法不正确的是 A．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断 B．一定温度下，反应的 C．知道了某过程有自发性之后，就能确定该过程是否一定会发生 D．某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应 2.下列有关化学反应原理的说法中正确的是 A．需要加热的反应都是非自发反应，不需要加热的反应都是自发反应 B．反应  ，则该反应能自发进行 C．100mL2mol/L的盐酸与锌片反应，加入少量NaCl固体，反应速率不变 D．若反应可以自发，则该反应的速率一定较快 3.下列对化学反应预测正确的是 选项 化学反应方程式 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)=2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3 C 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 4.硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 5.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，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 6.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。工业合成氨生产示意图如图所示。 （1）下列有关合成氨工业的说法正确的是___________ A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行 B．合成氨反应中，反应物的总键能小于产物的总键能 C．合成氨厂一般采用的压强为，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 （2）循环利用的Y是氮气和氢气，目的是 。 （3）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有 (填编号)。 ①使用催化剂     ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量      ③及时分离产生的NH3 ④升高温度      ⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大 （4）氮的固定和氮的循环是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 27 2000 25 400 450 K 0.1 0.507 0.152 分析数据可知： ①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1mol·L-1，此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。 ②人类不适合大规模模拟大气固氮的原因是 。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $