专题04 化学反应的方向和工业合成氨（期中专项训练）高二化学上学期沪科版

专题04 化学反应的方向、工业合成氨 题型1自发反应与自发过程 题型2焓判据与熵判据 题型3复合判据的应用（重点） 题型4复合判据的相关计算（难点） 题型5 工业合成氨的适宜条件（重点） 题型6 工业合成氨的流程分析（重点） 题型7 化学反应条件的选择和优化 题型1 自发反应与自发过程 易错提醒： 自发反应：指在给定条件下，无需外界持续干预即可自动进行的化学反应。例如氢气燃烧生成水，一旦引发反应，无需持续加热即可持续进行。 自发过程：包含自发的物理变化（如水往低处流、气体扩散）和化学反应，强调过程的自主性，不涉及反应速率。 易错点：将自发反应与自发过程等同，忽略物理变化属于自发过程的一部分。 1.【对自发过程的理解】下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 2.【自发反应的判断】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 题型2 焓判据与熵判据 易错提醒： 焓判据的易错点： 1.认为放热反应一定能自发进行 放热反应（ΔH < 0）确实具有自发进行的倾向，但并非所有放热反应都能自发进行。例如，某些放热反应在特定条件下（如低温、高压等）可能无法进行，需结合熵判据综合判断。 2.忽略温度对反应自发性的影响 温度是影响反应自发性的重要因素。即使反应是放热的，若温度过低，反应可能无法进行；而吸热反应在高温下也可能自发进行。例如，碳酸钙分解（CaCO₃ → CaO + CO₂）是吸热反应，但在高温下仍能自发进行。 3.混淆焓变与反应速率 焓变（ΔH）只反映反应的热效应，与反应速率无关。放热反应不一定快，吸热反应不一定慢，反应速率主要取决于活化能和反应物浓度等因素。 熵判据的易错点： 1. 认为熵增反应一定能自发进行 熵增（ΔS > 0）的反应不一定能自发进行。例如，某些熵增反应在低温下可能无法进行，需结合焓判据综合判断。例如，冰融化（固态→液态）是熵增反应，但在低温下无法自发进行。 2. 错误判断熵变的大小 熵变的大小与物质的状态、种类和数量有关。例如，气体的熵值通常大于液体和固体，但需注意物质的复杂程度和数量变化。例如，2H₂O₂ → 2H₂O + O₂是熵增反应，而NH3+ HCl → NH4Cl是熵减反应。 3.忽略温度对熵变的影响 温度升高时，熵值通常增大。例如，气体的熵值随温度升高而增大，液体和固体的熵值变化相对较小。因此，在判断熵变时需考虑温度的影响。 1.【焓判据】下列不能用焓判据解释的自发进行的过程是（ ） A.铁在潮湿空气中生锈 B.天然气的燃烧 C.铜在潮湿空气中产生铜绿 D.NH4Cl 与 Ba(OH)2·8H2O 反应产生NH3 2.【熵判据】下列说法中，正确的是 A．同一物质，S(g) > S(l) > S(s) B．固体溶解是一个熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．能够自发进行的反应一定是放热反应 3.【焓判据与熵判据综合】下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是 A．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 B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)  ΔH=-444.3kJ·mol-1，ΔS=-280.1J·mol-1·K-1。此反应在常温常压下能自发进行 C．碳酸钙分解为吸热反应，该反应室温下不能自发进行，但在高温下则能自发进行 D．吉布斯自由能大于0的反应一定不能发生 题型3 复合判据的应用（重点） 易错提醒： 1.单独使用焓判据或熵判据判断反应方向 反应的自发性需综合考虑焓判据和熵判据，使用复合判据（ΔG = ΔH - TΔS）更准确。例如，ΔH < 0且ΔS > 0的反应在任何温度下都能自发进行；ΔH > 0且ΔS < 0的反应在任何温度下都不能自发进行。 2.混淆ΔG的正负与反应方向 ΔG < 0表示反应能自发进行；ΔG = 0表示反应达到平衡状态；ΔG > 0表示反应不能自发进行。需注意，ΔG的正负与反应方向密切相关，但不能直接判断反应速率。 3.忽略单位换算 在计算ΔG时，需注意焓变（ΔH）的单位为kJ/mol，熵变（ΔS）的单位为J/(mol·K)，需统一单位后再进行计算。例如，ΔH = -50 kJ/mol，ΔS = 100 J/(mol·K)，则ΔG = ΔH - TΔS = -50 kJ/mol - T×0.1 kJ/(mol·K)。 1.【焓变与熵变】已知反应低温时不反应，高温时自发进行，则该反应的、为 A．， B．， C．， D．， 2.【化学反应进行的方向】下列关于化学反应的自发性和进行方向的说法，其中正确的是 A．多数自发反应都是吸热反应。 B．一定温度下，反应的， C．由可知，所有放热反应都能自发进行 D．当时，则反应能自发进行 3.【复合判据的使用】已知反应的为正值，为负值。设和不随温度而变，下列说法中正确的是 A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．低温下不能自发进行，高温下能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 题型4 复合判据的相关计算（难点） 1.【复合判据的计算】闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.3 J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是(　　) A．在1 000 ℃时，此反应能自发进行 B．在1 000 ℃时，此反应不能自发进行 C．该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D．该反应能自发进行的最高温度约为730 K 2.【复合判据的计算】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： ① CH4(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，在图书馆查到如下热力学数据： ①反应的ΔH(298 K) = +74.848 kJ/mol，ΔS(298 K) = +80.674 J/(mol·K) ②反应的ΔH(298 K) = +376.426 kJ/mol，ΔS(298 K) = +220.211 J/(mol·K) 已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题： （1）反应①属于 (填“高温”或“低温”)自发反应。 （2）判断反应①自发进行是由 (填“焓变”或“熵变”)决定的。 （3）通过计算判断反应①在常温下能否自发进行。 。 （4）求算制取炭黑的允许温度范围： 。 （5）为了提高甲烷的炭化程度，你认为下面四个温度中最合适的是 (填字母)。 A．905.2 K B．927 K C．1 273 K D．2 000 K 题型5 工业合成氨的适宜条件（重点） 易错提醒： 1.温度选择的误区 错误观点：认为温度越低越好，因为低温有利于平衡正向移动。 正确理解：虽然低温可提高氨的平衡转化率，但反应速率会显著降低，导致生产效率极低。工业上需兼顾速率和平衡，通常选择400-500℃，此时催化剂活性最高，综合经济效益最佳。 2.压强选择的误区 错误观点：认为压强越大越好，因为高压可提高转化率和反应速率。 正确理解：高压虽有利于平衡正向移动，但会增加设备成本、动力消耗和安全风险。工业上一般采用10-30MPa的压强，是在产率、成本和安全性之间平衡的结果。 3.催化剂作用的误解 错误观点：认为催化剂能提高反应物的平衡转化率。 正确理解：催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡位置。其作用是降低反应活化能，使反应在较低温度下快速进行，从而兼顾速率和平衡。 4.原料投料比的混淆 错误观点：认为氮气和氢气的投料比必须严格为1:3。 正确理解：理论上1:3时平衡转化率最高，但实际生产中采用1:2.8的投料比，以保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心，提高吸附速率。 5.反应条件选择的片面性 错误观点：只考虑单一因素（如速率或平衡），忽略综合成本和实际生产条件。 正确理解：工业生产需综合考虑速率、平衡、设备、成本、安全等多方面因素，选择最优条件。 总结：工业合成氨的选择需权衡速率、平衡、成本和安全等诸多因素，避免片面追求某一条件而忽视整体效益。 1.【工业合成氨条件选择】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 2.【工业合成氨条件选择】(双选)诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学过程研究中作出的贡献。下列说法正确的是(　　) A．增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率 B．增大催化剂的表面积，能增大合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C．使用催化剂时，反应的活化能降低，反应明显加快 D．工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越不利于提高经济效益 3.【工业合成氨图像分析】合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是(　　) A．提高分离技术 B．研制耐高压的合成塔 C．研制低温催化剂 D．探索不用N2和H2合成氨的新途径 题型6 工业合成氨的流程分析（重点） 易错提醒： 1.反应条件选择 压强：合成氨需高压（20-50MPa），但并非压强越高越好。压强过高会增加设备成本和安全风险，且对气体分子数相等的反应无影响。 温度：反应放热，但实际生产中需高温（400-500℃）以加快反应速率，而非追求平衡正向移动。温度过高会使平衡逆向移动，但可通过催化剂活性补偿。 催化剂：使用铁触媒，但需注意催化剂中毒问题（如原料气中的硫、磷等杂质）。 2.原料气处理 净化：原料气需净化以防止催化剂中毒，但净化程度需兼顾成本和效率。例如，脱硫、脱碳等步骤需精确控制杂质含量。 循环利用：未反应的氮气和氢气需循环使用，但循环过程中杂质积累可能影响催化剂活性。 3.氨的分离与提纯 液化：氨的液化需低温，但冷却过程可能引入杂质或影响反应平衡。 纯度控制：产品氨的纯度需严格控制，避免杂质影响后续应用。 4.流程优化与经济性 综合考虑：工业生产需平衡反应速率、转化率和成本。例如，选择合适的压强和温度，兼顾设备投资和能耗。 副反应处理：合成氨过程中可能产生副反应（如甲烷化），需通过精制步骤去除杂质。 5.安全与环保 防爆：氢气和氮气混合气体易燃易爆，需严格控制反应条件和操作流程。 尾气处理：未反应的气体需循环利用或安全排放，避免环境污染。 1.【工业合成氨的流程分析】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗 2.【工业合成氨的流程分析】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 3.【工业合成氨的流程分析】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意图如下。 下列有关合成氨说法正确的是 A．从合成氨平衡体系中分离出，可提高正反应速率，减小逆反应速率，平衡正移 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 D．步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 题型7 化学反应条件的选择和优化 易错提醒： 1.条件选择方面 混淆反应类型与条件：例如，分解反应可能需要高温、加热或催化剂，但不同物质的分解条件不同。如碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，而氯酸钾分解需二氧化锰作催化剂并加热。 忽略催化剂的作用：催化剂能加快反应速率，但并非所有反应都需要催化剂。例如，过氧化氢分解在常温下较慢，加入二氧化锰后反应速率显著加快。 条件书写不规范：如“通电”“高温”“点燃”等条件需准确书写，漏写或误写可能导致方程式错误。例如，电解水需“通电”条件，若写成“加热”则错误。 2.条件优化方面 未考虑主副反应：优化条件时需兼顾主反应和副反应。例如，合成甲醇时，若温度过高，副反应可能占主导，导致甲醇产率降低。 忽视工业生产的实际因素：如成本、能耗、安全性等。例如，选择反应条件时需考虑原料的易得性、设备的耐受性等。 定性与定量分析结合不足：优化条件需综合热力学（如平衡常数、焓变、熵变）和动力学（如反应速率、活化能）分析。例如，低温有利于平衡正向移动，但反应速率可能较慢，需通过催化剂等手段提高速率。 3.其他易错点 气体符号标注错误：生成气体时需标注“↑”，如电解水生成氢气和氧气，需在气体产物后标注“↑”。 漏写反应物或生成物：如碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，若漏写二氧化碳则方程式不完整。 对反应条件的理解片面：如“高温”与“加热”有区别，高温通常指较高温度，而加热可能指较低温度。 1.【化学反应条件的选择】化学是一门研究物质、创造物质的学科，下列说法错误的是 A．碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器 B．综合考虑速率和产率因素，工业上合成氨通常选择400℃~500℃，10MPa~30MPa C．石油在加热和催化剂作用下，可以通过裂化，使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等 D．超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域 2.【化学反应条件的选择】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 3.【化学反应条件选择的综合应用】Deacon发明的将氯化氢转化为氯气的总反应为：，。该总反应可按下列催化过程进行： Ⅰ．， Ⅱ．， Ⅲ．， 实验测得在一定体积的容器中，当进料浓度比的比值分别为1、4、7时，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。 下列说法中不正确的是 A． B．图中曲线③代表的 C．增加少量，不改变HCl的平衡转化率 D．曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快 4.【化学反应条件选择的综合应用】氨分解制氢是一种极具前景的便携式制氢方法，不同压强下氨的平衡转化率随温度变化如下。下列说法正确的是 A．断开键吸收的能量小于形成键与键放出的能量之和 B．氢气和氮气的物质的量之比保持不变，说明氨分解反应达到平衡状态 C．400K时，对应氨的平衡转化率大于，是因为此情况下，对应的平衡常数比的大 D．生产条件可选择高温、适当压强和加入催化剂 1 / 1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 $ 专题04 化学反应的方向、工业合成氨 题型1自发反应与自发过程 题型2焓判据与熵判据 题型3复合判据的应用（重点） 题型4复合判据的相关计算（难点） 题型5 工业合成氨的适宜条件（重点） 题型6 工业合成氨的流程分析（重点） 题型7 化学反应条件的选择和优化 题型1 自发反应与自发过程 易错提醒： 自发反应：指在给定条件下，无需外界持续干预即可自动进行的化学反应。例如氢气燃烧生成水，一旦引发反应，无需持续加热即可持续进行。 自发过程：包含自发的物理变化（如水往低处流、气体扩散）和化学反应，强调过程的自主性，不涉及反应速率。 易错点：将自发反应与自发过程等同，忽略物理变化属于自发过程的一部分。 1.【对自发过程的理解】下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 【答案】C 【解析】在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件的，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使某些非自发过程转变为自发过程，D项错误。 2.【自发反应的判断】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。 题型2 焓判据与熵判据 易错提醒： 焓判据的易错点： 1.认为放热反应一定能自发进行 放热反应（ΔH < 0）确实具有自发进行的倾向，但并非所有放热反应都能自发进行。例如，某些放热反应在特定条件下（如低温、高压等）可能无法进行，需结合熵判据综合判断。 2.忽略温度对反应自发性的影响 温度是影响反应自发性的重要因素。即使反应是放热的，若温度过低，反应可能无法进行；而吸热反应在高温下也可能自发进行。例如，碳酸钙分解（CaCO₃ → CaO + CO₂）是吸热反应，但在高温下仍能自发进行。 3.混淆焓变与反应速率 焓变（ΔH）只反映反应的热效应，与反应速率无关。放热反应不一定快，吸热反应不一定慢，反应速率主要取决于活化能和反应物浓度等因素。 熵判据的易错点： 1. 认为熵增反应一定能自发进行 熵增（ΔS > 0）的反应不一定能自发进行。例如，某些熵增反应在低温下可能无法进行，需结合焓判据综合判断。例如，冰融化（固态→液态）是熵增反应，但在低温下无法自发进行。 2. 错误判断熵变的大小 熵变的大小与物质的状态、种类和数量有关。例如，气体的熵值通常大于液体和固体，但需注意物质的复杂程度和数量变化。例如，2H₂O₂ → 2H₂O + O₂是熵增反应，而NH3+ HCl → NH4Cl是熵减反应。 3.忽略温度对熵变的影响 温度升高时，熵值通常增大。例如，气体的熵值随温度升高而增大，液体和固体的熵值变化相对较小。因此，在判断熵变时需考虑温度的影响。 1.【焓判据】下列不能用焓判据解释的自发进行的过程是（ ） A.铁在潮湿空气中生锈 B.天然气的燃烧 C.铜在潮湿空气中产生铜绿 D.NH4Cl 与 Ba(OH)2·8H2O 反应产生NH3 【答案】D 【解析】铁在潮湿空气中能自发产生铁锈，该反应的ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，A错误;天然气燃烧生成 CO2和水，该反应的 ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，B错误;铜在潮湿空气中能自发产生铜绿，该反应的 ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，C错误;NH4Cl与BBa(OH)2·8H2O反应吸热，ΔH>0，是不能用焓判据解释的自发过程，D正确。 2.【熵判据】下列说法中，正确的是 A．同一物质，S(g) > S(l) > S(s) B．固体溶解是一个熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．能够自发进行的反应一定是放热反应 【答案】A 【解析】A．同一物质气态时的熵值最大，液态时的次之，固态时的最小，A正确； B．固体溶解过程，体系混乱度增大，所以是熵增的过程，B错误； C．能够自发进行的反应不一定是熵增加的过程，要考虑焓变，C错误； D．能够自发进行的反应可能是吸热反应，如，在高温下，可自发进行，D错误； 故选A。 3.【焓判据与熵判据综合】下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是 A．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 B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)  ΔH=-444.3kJ·mol-1，ΔS=-280.1J·mol-1·K-1。此反应在常温常压下能自发进行 C．碳酸钙分解为吸热反应，该反应室温下不能自发进行，但在高温下则能自发进行 D．吉布斯自由能大于0的反应一定不能发生 【答案】D 【解析】A．反应自发进行的判断依据是，放热的自发过程中ΔH＜0，ΔS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，吸热的自发过程中ΔH＞0、ΔH-TΔS＜0，则ΔS必须＞0，所以吸热的自发过程一定为熵增加的过程，A正确； B．常温下T=298K，则，所以该反应在常温常压能自发进行，B正确； C．碳酸钙分解的方程式为，其中ΔH＞0，ΔS＞0，高温时才能满足反应自发进行的条件，所以碳酸钙的分解在室温下不能自发进行，但在较高温度（1200K）下能自发进行，C正确； D．当ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发，但当时，我们可以通过改变反应条件，使得反应发生，D错误； 故选D。 题型3 复合判据的应用（重点） 易错提醒： 1.单独使用焓判据或熵判据判断反应方向 反应的自发性需综合考虑焓判据和熵判据，使用复合判据（ΔG = ΔH - TΔS）更准确。例如，ΔH < 0且ΔS > 0的反应在任何温度下都能自发进行；ΔH > 0且ΔS < 0的反应在任何温度下都不能自发进行。 2.混淆ΔG的正负与反应方向 ΔG < 0表示反应能自发进行；ΔG = 0表示反应达到平衡状态；ΔG > 0表示反应不能自发进行。需注意，ΔG的正负与反应方向密切相关，但不能直接判断反应速率。 3.忽略单位换算 在计算ΔG时，需注意焓变（ΔH）的单位为kJ/mol，熵变（ΔS）的单位为J/(mol·K)，需统一单位后再进行计算。例如，ΔH = -50 kJ/mol，ΔS = 100 J/(mol·K)，则ΔG = ΔH - TΔS = -50 kJ/mol - T×0.1 kJ/(mol·K)。 1.【焓变与熵变】已知反应低温时不反应，高温时自发进行，则该反应的、为 A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【解析】反应是气体体积增大的反应，所以ΔS>0，当ΔH-TΔS<0时反应能够自发进行，而该反应低温时不反应，高温时自发进行，说明ΔH>0，故选A。 2.【化学反应进行的方向】下列关于化学反应的自发性和进行方向的说法，其中正确的是 A．多数自发反应都是吸热反应。 B．一定温度下，反应的， C．由可知，所有放热反应都能自发进行 D．当时，则反应能自发进行 【答案】B 【解析】A．放热反应有自发的倾向，多数自发反应都是放热反应，仅有一些吸热反应在高温下是自发反应，如碳酸钙分解是吸热反应，在高温下是自发反应，A错误； B．该反应为放热反应，且反应过程中气体分子数减小，则，B正确； C．放热反应，当，反应能自发进行，当且为高温时，反应不能自发进行，C错误； D．当时，反应能自发进行，D错误； 故选B. 3.【复合判据的使用】已知反应的为正值，为负值。设和不随温度而变，下列说法中正确的是 A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．低温下不能自发进行，高温下能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 【答案】D 【解析】ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时，反应能自发进行。因为ΔH>0，ΔS<0，T>0，故ΔH－TΔS>0，此反应任何温度下非自发，D正确。 题型4 复合判据的相关计算（难点） 1.【复合判据的计算】闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.3 J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是(　　) A．在1 000 ℃时，此反应能自发进行 B．在1 000 ℃时，此反应不能自发进行 C．该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D．该反应能自发进行的最高温度约为730 K 【答案】A 【解析】ΔH＝180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.3 J·mol－1·K－1，当ΔH－TΔS＝0时，T＝≈730 K，即温度高于730 K时，ΔH－TΔS＜0，反应能够自发进行，注意0℃时是273 K，A、1 000 ℃是1 273 K，在此温度下反应能够自发进行，故A正确，B错误；C、730 ℃为1 003 K，该反应能自发进行的最低温度约为730 K，故C错误；D、该反应能自发进行的最低温度约为730 K，故D错误。 2.【复合判据的计算】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： ① CH4(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，在图书馆查到如下热力学数据： ①反应的ΔH(298 K) = +74.848 kJ/mol，ΔS(298 K) = +80.674 J/(mol·K) ②反应的ΔH(298 K) = +376.426 kJ/mol，ΔS(298 K) = +220.211 J/(mol·K) 已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题： （1）反应①属于 (填“高温”或“低温”)自发反应。 （2）判断反应①自发进行是由 (填“焓变”或“熵变”)决定的。 （3）通过计算判断反应①在常温下能否自发进行。 。 （4）求算制取炭黑的允许温度范围： 。 （5）为了提高甲烷的炭化程度，你认为下面四个温度中最合适的是 (填字母)。 A．905.2 K B．927 K C．1 273 K D．2 000 K 【答案】（1）高温 （2）熵变 （3）ΔH – TΔS = 74.848 kJ/mol - 80.674×10-3 kJ/(mol·K) × 298 K ≈ 50.807 kJ/mol > 0，所以反应①在常温下不能自发进行 （4）927.8~1 709.4 K （5）C 【分析】ΔG=ΔH-TΔS<0，反应可以自发进行，以此解题。 （1）由于用天然气制取炭黑的反应是一个吸热、熵增的反应，只有在高温下才会有ΔH-TΔS<0，反应正向自发进行，所以反应①在高温时能自发进行； （2）因为反应①吸热，不利于反应的自发进行；而熵增有利于反应的自发进行，所以反应①能否自发进行由熵变决定； （3）ΔH – TΔS = 74.848 kJ/mol - 80.674×10-3 kJ/(mol·K) × 298 K ≈ 50.807 kJ/mol > 0，所以反应①在常温下不能自发进行； （4）天然气裂解为炭黑时，ΔH-TΔS=74.848 kJ/mol-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>927.8 K，即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。天然气裂解为乙炔时，ΔH-TΔS=376.426 kJ/mol-220.211×10-3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度需控制在927.8~1 709.4 K之间； （5）根据上一问中计算出的温度范围，可知C项符合题意。 题型5 工业合成氨的适宜条件（重点） 易错提醒： 1.温度选择的误区 错误观点：认为温度越低越好，因为低温有利于平衡正向移动。 正确理解：虽然低温可提高氨的平衡转化率，但反应速率会显著降低，导致生产效率极低。工业上需兼顾速率和平衡，通常选择400-500℃，此时催化剂活性最高，综合经济效益最佳。 2.压强选择的误区 错误观点：认为压强越大越好，因为高压可提高转化率和反应速率。 正确理解：高压虽有利于平衡正向移动，但会增加设备成本、动力消耗和安全风险。工业上一般采用10-30MPa的压强，是在产率、成本和安全性之间平衡的结果。 3.催化剂作用的误解 错误观点：认为催化剂能提高反应物的平衡转化率。 正确理解：催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡位置。其作用是降低反应活化能，使反应在较低温度下快速进行，从而兼顾速率和平衡。 4.原料投料比的混淆 错误观点：认为氮气和氢气的投料比必须严格为1:3。 正确理解：理论上1:3时平衡转化率最高，但实际生产中采用1:2.8的投料比，以保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心，提高吸附速率。 5.反应条件选择的片面性 错误观点：只考虑单一因素（如速率或平衡），忽略综合成本和实际生产条件。 正确理解：工业生产需综合考虑速率、平衡、设备、成本、安全等多方面因素，选择最优条件。 总结：工业合成氨的选择需权衡速率、平衡、成本和安全等诸多因素，避免片面追求某一条件而忽视整体效益。 1.【工业合成氨条件选择】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．N2的量越多，H2 的转化率越大，但加入过多的氮气，未反应的氮气会带走较多的热量，反而不利于氨气的合成，当投料比为n（N2）:n（H2）= 1:2.8时，最有利于氨气的合成，A错误； B．恒容条件下充入稀有气体，参与反应的各物质的浓度没有改变，则平衡不移动，对氨气的合成没有影响，B错误； C．根据N2＋3H22NH3 △H＜0可知，该反应为熵减小的放热反应，C错误； D．根据△G=△H－T△S＜0时反应可以自发进行，该反应的△H＜0、△S＜0，所以在低温或常温下可自发进行，D正确； 故选D。 2.【工业合成氨条件选择】(双选)诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学过程研究中作出的贡献。下列说法正确的是(　　) A．增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率 B．增大催化剂的表面积，能增大合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C．使用催化剂时，反应的活化能降低，反应明显加快 D．工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越不利于提高经济效益 【解析】催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，A项错误；催化剂能同等程度地增大合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误；使用催化剂可加快反应速率，原因是改变了反应历程，降低了反应活化能，C项正确；压强过高，设备成本高，温度过低，反应速率小，经济效益低，D项正确。 【答案】CD 3.【工业合成氨图像分析】合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是(　　) A．提高分离技术 B．研制耐高压的合成塔 C．研制低温催化剂 D．探索不用N2和H2合成氨的新途径 【解析】由图可知，φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，即在低温条件下，NH3的体积分数较高，但目前所用催化剂——铁触媒的活性最大时的温度在500℃左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。 【答案】C 题型6 工业合成氨的流程分析（重点） 易错提醒： 1.反应条件选择 压强：合成氨需高压（20-50MPa），但并非压强越高越好。压强过高会增加设备成本和安全风险，且对气体分子数相等的反应无影响。 温度：反应放热，但实际生产中需高温（400-500℃）以加快反应速率，而非追求平衡正向移动。温度过高会使平衡逆向移动，但可通过催化剂活性补偿。 催化剂：使用铁触媒，但需注意催化剂中毒问题（如原料气中的硫、磷等杂质）。 2.原料气处理 净化：原料气需净化以防止催化剂中毒，但净化程度需兼顾成本和效率。例如，脱硫、脱碳等步骤需精确控制杂质含量。 循环利用：未反应的氮气和氢气需循环使用，但循环过程中杂质积累可能影响催化剂活性。 3.氨的分离与提纯 液化：氨的液化需低温，但冷却过程可能引入杂质或影响反应平衡。 纯度控制：产品氨的纯度需严格控制，避免杂质影响后续应用。 4.流程优化与经济性 综合考虑：工业生产需平衡反应速率、转化率和成本。例如，选择合适的压强和温度，兼顾设备投资和能耗。 副反应处理：合成氨过程中可能产生副反应（如甲烷化），需通过精制步骤去除杂质。 5.安全与环保 防爆：氢气和氮气混合气体易燃易爆，需严格控制反应条件和操作流程。 尾气处理：未反应的气体需循环利用或安全排放，避免环境污染。 1.【工业合成氨的流程分析】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗 【答案】B 【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后经过压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用。 【解析】A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，A正确； B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误； C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确； D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MPa降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确； 故选B。 2.【工业合成氨的流程分析】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，故选C。 3.【工业合成氨的流程分析】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意图如下。 下列有关合成氨说法正确的是 A．从合成氨平衡体系中分离出，可提高正反应速率，减小逆反应速率，平衡正移 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 D．步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】B 【解析】A．从合成氨平衡体系中分离出氨气，减少了生成物的浓度，使平衡正向移动，但正反应速率和逆反应速率都减小，故A错误； B．热交换将氨气的热量转给氮气和氢气，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温，利于液化分离，故B正确； C．合成氨一般选择进行，主要是让铁触媒的活性最大，但该反应是放热反应，温度升高，原料气的平衡转化率降低，故C错误； D．步骤④是有利于铁触媒的活性最大，由于该反应是放热反应，升高温度，原料的平衡转化率降低，步骤⑤分离出氨气，有利于平衡正向移动，可以提高原料的转化率，故D错误； 故选B。 题型7 化学反应条件的选择和优化 易错提醒： 1.条件选择方面 混淆反应类型与条件：例如，分解反应可能需要高温、加热或催化剂，但不同物质的分解条件不同。如碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，而氯酸钾分解需二氧化锰作催化剂并加热。 忽略催化剂的作用：催化剂能加快反应速率，但并非所有反应都需要催化剂。例如，过氧化氢分解在常温下较慢，加入二氧化锰后反应速率显著加快。 条件书写不规范：如“通电”“高温”“点燃”等条件需准确书写，漏写或误写可能导致方程式错误。例如，电解水需“通电”条件，若写成“加热”则错误。 2.条件优化方面 未考虑主副反应：优化条件时需兼顾主反应和副反应。例如，合成甲醇时，若温度过高，副反应可能占主导，导致甲醇产率降低。 忽视工业生产的实际因素：如成本、能耗、安全性等。例如，选择反应条件时需考虑原料的易得性、设备的耐受性等。 定性与定量分析结合不足：优化条件需综合热力学（如平衡常数、焓变、熵变）和动力学（如反应速率、活化能）分析。例如，低温有利于平衡正向移动，但反应速率可能较慢，需通过催化剂等手段提高速率。 3.其他易错点 气体符号标注错误：生成气体时需标注“↑”，如电解水生成氢气和氧气，需在气体产物后标注“↑”。 漏写反应物或生成物：如碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，若漏写二氧化碳则方程式不完整。 对反应条件的理解片面：如“高温”与“加热”有区别，高温通常指较高温度，而加热可能指较低温度。 1.【化学反应条件的选择】化学是一门研究物质、创造物质的学科，下列说法错误的是 A．碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器 B．综合考虑速率和产率因素，工业上合成氨通常选择400℃~500℃，10MPa~30MPa C．石油在加热和催化剂作用下，可以通过裂化，使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等 D．超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域 【答案】C 【解析】A．碳纳米管具有高比表面积、高强度及优良电学性能，确实用于复合材料、电池和传感器，A正确； B．已知合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应，故工业合成氨选择400℃~500℃和10MPa~30MPa，是综合考虑速率和产率因素得出的合理条件，B正确； C．石油裂化的目的是将长链烃断裂为短链烃，而生成环状烃（如苯、甲苯）的过程属于催化重整，C错误； D．超导陶瓷在临界温度下电阻为零，具有超导性并应用于多个领域，D正确； 故答案为：C。 2.【化学反应条件的选择】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 【解析】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。 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。 3.【化学反应条件选择的综合应用】Deacon发明的将氯化氢转化为氯气的总反应为：，。该总反应可按下列催化过程进行： Ⅰ．， Ⅱ．， Ⅲ．， 实验测得在一定体积的容器中，当进料浓度比的比值分别为1、4、7时，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。 下列说法中不正确的是 A． B．图中曲线③代表的 C．增加少量，不改变HCl的平衡转化率 D．曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快 【答案】B 【解析】A．根据图像，随温度升高，HCl平衡转化率降低，可知升高温度，平衡逆向移动，，故A正确； B．其它条件相同，增大HCl的投料，HCl转化率减小，所以图中曲线③代表的=7，故B错误； C．是催化剂，增加少量，平衡不移动， HCl的平衡转化率不变，故C正确； D．工业上为提高生产效率，需综合考虑反应速率和限度，曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快，故D正确； 选B。 4.【化学反应条件选择的综合应用】氨分解制氢是一种极具前景的便携式制氢方法，不同压强下氨的平衡转化率随温度变化如下。下列说法正确的是 A．断开键吸收的能量小于形成键与键放出的能量之和 B．氢气和氮气的物质的量之比保持不变，说明氨分解反应达到平衡状态 C．400K时，对应氨的平衡转化率大于，是因为此情况下，对应的平衡常数比的大 D．生产条件可选择高温、适当压强和加入催化剂 【答案】D 【解析】A．氨分解反应为2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)，由图像知温度升高氨平衡转化率增大，说明正反应吸热ΔH>0。ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和，则断开6mol N-H键吸收的能量大于形成3mol H-H键与1mol N≡N键放出的能量之和，故A错误； B．该反应中N2和H2的物质的量之比始终为1:3，比值均是恒量，N2和H2的物质的量之比不变，反应不一定平衡，故B错误； C．平衡常数K仅与温度有关，400K时温度相同，p1和p4的K相等，故C错误； D．正反应吸热，高温可提高转化率，减小压强平衡正向移动，催化剂加快反应速率，所以生产条件可选择高温、适当压强和加入催化剂，故D正确； 选D。 1 / 1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 $