专题07 化学反应的方向与合成氢（期中复习讲义）高二化学上学期鲁科版

专题07化学反应的方向与合成氢 考查重点 命题角度 焓变和熵变 自发反应、反应方向与反应的焓变和熵变 判据的应用 利用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势 化学反应条件的优化 运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律 一、反应焓变与反应方向 1．自发过程与自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不借助外部力量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 2．反应焓变与反应方向的关系 (1)多数能自发进行的化学反应是ΔH<0的反应。 (2)有些ΔH>0的反应也能自发进行。 (3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。 二、反应熵变与反应方向 1．熵 (1)概念：描述体系无序程度的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。 (2)特点：体系无序程度越大，体系的熵值就越大。 (3)影响因素 ①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。 ③S(混合物)＞S(纯净物)。 2．反应熵变 （1）概念：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。 （2）计算式：ΔS=S(反应产物）-S(反应物） （3）熵增加反应：产生气体、气体物质的量增大的反应 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 自发进行的化学反应大多数是熵增加的反应，也有些是熵减小的反应。 (2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。 三、用焓变与熵变综合判断反应方向 1．综合判断 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。 (1)判断方法 ΔH－TΔS＜0 反应正向能自发进行 ΔH－TΔS=0 反应达到平衡状态 ΔH－TΔS>0 反应正向不能自发进行 (2)文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。 2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性（假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化） 化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ΔG的大小 能否正向自发进行 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) －78.03 ＋494.4 ΔG一定小 于0 任何温度下都能正 向自发进行　　　 CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋110.5 －89.4 ΔG一定 大于0 任何温度下都不能 正向自发进行　　 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=== 4Fe(OH)3(s) －444.3 －280.1 低温时 ΔG＜0 低温下能正向自发进行　　 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 高温时 ΔG＜0 高温下能正向自发进行　　 3．ΔH－TΔS判据的局限性 (1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。 (2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。 四、合成氨 1．合成氨反应的限度 (1)反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。 (2)反应特点 ①自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 ②可逆性：反应为可逆反应。 ③熵变：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 ④焓变：ΔH<0，是放热反应。 (3)影响因素 ①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 ②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 2．合成氨反应的速率 (1)提高合成氨反应速率的方法 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、减小反应产物的浓度 不断地补充反应物，及时地分离出反应产物 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) Δvg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δvg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 (2)浓度与合成氨反应速率之间的关系 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 【特别提醒】温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。 3．合成氨生产的适宜条件 (1)合成氨反应适宜条件分析 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物 的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 (2)合成氨的适宜条件 序号 影响因素 选择条件 1 温度 反应温度控制在700_K左右 2 物质的量 N2、H2投料比1∶2.8 3 压强 1×107～1×108 Pa 4 催化剂 选择铁做催化剂 5 浓度 使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2 五、化学反应的调控 1.影响化学反应进行的因素 首先是参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素，其次是温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 2.化学反应的调控 （1）含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行； （2）考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件；此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3.工业生产条件的调控原则 (1)既要注意外界条件对反应影响的一致性，又要注意外界条件对反应影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制。 (3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。 题型一 考查自发反应、自发过程 【典例1】某密闭容器中，在高温条件下，有利于自发进行的反应是 A．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)  ΔH>0 B．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0 C．2H2(g)+O2(g)2H2O(g)  ΔH<0 D．2NO2(g)N2O4(g)  ΔH<0 【答案】A 【解析】反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)  ΔH>0、ΔS＞0，由ΔG=ΔH-TΔS＜0可知，在高温下能自发进行，故A正确；反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0、ΔS＜0，由ΔG=ΔH-TΔS＜0可知，在低温下能自发进行，故B错误；反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)  ΔH<0、ΔS＜0，由ΔG=ΔH-TΔS＜0可知，在低温下能自发进行，故C错误；反应2NO2(g)N2O4(g)  ΔH<0、ΔS＜0，由ΔG=ΔH-TΔS＜0可知，在低温下能自发进行，故D错误；故选A。 【变式1-1】下列叙述错误的是 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．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，但改变条件可以自发进行 【答案】C 【解析】根据△G=ΔH-TΔS＜0可以自发进行，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，故A正确；反应是NaCl的电解，属于吸热反应，则ΔH＞0，反应后气体分子数增多，是熵增加的过程，则ΔS＞0，故B正确；催化剂改变反应速率，不改变反应进行的程度和方向，故C错误；水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件能自发进行，如降温可发生，故D正确；故选C。 【变式1-2】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】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；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；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；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。 【变式1-3】化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有着重要的意义，下列有关化学反应方向的判断不正确的是 A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应 B．硝酸铵晶体溶于水是熵增的过程，能自发进行 C．的反应在温度低时不能自发进行 D．在常温下能自发进行，则该反应的 【答案】C 【解析】的反应可自发进行，则某吸热反应(∆H＞0)能自发进行，因此该反应是熵增(∆S＞0)反应，故A正确；硝酸铵溶于水的过程是溶解后电离出自由移动离子的过程，体系的混乱度增大，熵变∆S>0，能自发进行，故B正确；的反应在任何温度下都满足∆H-T∆S＜0，即任何温度下该反应均能自发进行，故C错误；由化学计量数可知该反应是气体分子数减小的反应则∆S＜0，在常温下能自发进行，则该反应是焓减的反应即∆H＜0，故D正确；故选C。 题型二 焓变、熵变的判断 【典例2】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】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；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；等量的同物质，熵值关系为：S(g)>S(l)>S(s)，所以熵值，C错误；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2-1】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】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；固体溶解过程，体系混乱度增大，所以是熵增的过程，B错误；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；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。 【变式2-2】下列物质的变化过程属于熵减小的是 A．与HCl气体混合 B．的分解 C．固体溶于水 D．1molH2O(l)→1molH2O(g) 【答案】A 【分析】对同一种物质而言：气态熵值＞液态熵值＞固态熵值，物质的混乱度越大，则熵值越大，反应后气体物质的量增大，则熵值越大，以此解答该题； 【解析】NH3与HCl气体混合，发生反应为：NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)，该反应中气体的物质的量减小，属于熵减小的反应，A正确；NaHCO3的分解，方程式为： 该反应中气体的物质的量增大，属于熵增大的反应，B错误；K2SO4固体溶于水，物质的混乱度增大，即该过程是一种熵增的过程，C错误；对同一种物质而言：气态熵值＞液态熵值＞固态熵值，故1molH2O(l)→1molH2O(g)是一个熵增的过程，D错误；故选A。 【变式2-3】冰融化成水的过程中焓变和熵变均正确的是 A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【解析】冰融化成水吸热，，液态时的熵大于固态时的熵，冰融化为水的过程是熵增大的，，C项符合题意；故选C。 题型三 自由能(ΔG)与反应进行的方向 【典例3】反应的，下列判断正确的是 A．在常温下能自发进行 B．在高温下能自发进行 C．在任何条件下都能自发进行 D．时，能自发进行 【答案】B 【解析】ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能够自发进行，该反应ΔH＞0，ΔS＞0，则在高温下使得反应自发进行；故选B。 【变式3-1】下列说法正确的是 A．放热反应一定是自发反应 B．固体溶解一定是熵减小的过程 C．熵增的反应不一定是自发反应 D．非自发反应在任何条件下都不能发生 【答案】C 【解析】反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，放热反应△H＜0，若△S＜0，高温下是非自发进行的反应，故A错误；固体溶解混乱度越大，熵值越大，则固体溶解是一个熵增大的过程，故B错误；依据△H－T△S＜0反应自发进行，△H－T△S＞0属于非自发进行分析，熵增大反应△S＞0，若△H＞0，则低温下反应不能自发进行，高温下反应能自发进行，所熵增的反应不一定是自发反应，故C正确；△G=△H－T△S＞0反应非自发进行，改变条件非自发进行的反应可以变化为自发进行，如碳酸钙的分解反应在常温下是非自发反应，但是在高温下能自发进行，故D错误；故选C。 【变式3-2】下列说法正确的是 A．ΔH>0，ΔS>0的反应一定可以自发进行 B．根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢 C．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，ΔH一定小于零 D．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，该反应的ΔH>0 【答案】D 【解析】熵增的吸热反应在低温条件下反应ΔH-TΔS大于0，不能自发进行，故A错误；反应的自发性只能判断反应的方向，不能确定反应的快慢，故B错误；熵增的吸热反应在高温条件下反应ΔH—TΔS＜0，能自发进行，故C错误；该反应是熵增的反应，常温下不能自发进行，说明反应ΔH—TΔS大于0，则反应的焓变大于0，故D正确；故选D。 【变式3-3】综合考虑体系的焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。下列说法正确的是 A．已知反应的正向反应能自发进行，则 B．已知反应在常温下能自发进行，则 C．已知反应  ，则该反应在任意条件下均不能自发进行 D．已知反应  ，则该反应在高温下能自发进行 【答案】D 【解析】反应的，要反应自发进行，据，则，故A错误；反应的，在常温下能自发进行，据，则，故B错误；反应  ，，据，则需要低温的条件自发进行，故C错误；反应  ，，据，则需要高温的条件自发进行，故D正确；故选D。 题型四 合成氨条件的选择 【典例4】下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．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 B．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高、的转化率 C．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度 D．工业合成氨的反应是熵增的放热反应，在任何温度下都能自发进行 【答案】B 【解析】合成氨反应是有气体参加和生成的反应，增大压强可以加快反应速率，从而缩短反应达到平衡状态所用的时间，A错误；合成氨生产过程中将氨气液化分离，减少了生成物的浓度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氮气、氢气的转化率，B正确；合成氨工业中增加氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，但氢气的转化率减小，C错误；工业合成氨的反应是气熵减的放热反应，低温条件下反应ΔH—TΔS＜0，能自发进行，D错误；故选B。 【变式4-1】合成氨反应： 下列说法不正确的是 A．该反应，升高温度，反应速率增大 B．对原料气需进行净化处理，防止催化剂中毒 C．生产中采用循环操作主要是为了增大化学反应速率 D．适当增大n(N2)：n(H2)投料比有利于提高的平衡转化率 【答案】C 【解析】该反应是气体分子数减小的反应，则ΔS<0，升高温度，反应速率增大，故A正确；各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，故B正确；合成氨工业中采用循环操作，把、循环使用，可以促进反应正向进行，提高原料的利用率，节约生产成本，故C错误；适当增大n(N2)：n(H2)投料比可以推动反应向生成氨的方向进行，从而提高氢气的平衡转化率，故D正确；故选C。 【变式4-2】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 【答案】D 【解析】合成氨工业采用，使反应速率快，且有利于提高平衡混合物中氨的含量，不是因为该条件下催化剂的活性最好，故A错误；催化剂能改变化学反应速率，不能改变反应△H的数值，故B错误；合成氨若采用低温可提高平衡转化率，但温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所用时间变长，在实际生产中采用的温度为400~500℃，故C错误；由于氨易液化，可以分离出氨，使平衡正移，提高产率，故D正确；故选D。 【变式4-3】对于工业合成氨反应，采取下列反应条件不是为了提高氨气的平衡产率的是 A．将氨液化移出 B．投料时，稍微过量 C．不选择常温，而选择温度为 D．不选择常压，而选择压强为 【答案】C 【解析】将氨液化移出：减少生成物浓度，平衡正向移动，提高氨气平衡产率，A不符合题意；稍微过量：增加反应物浓度，平衡正向移动，提高另一反应物()的转化率，间接提高产率，B不符合题意；选择400~500℃：虽然高温加快反应速率，但使平衡逆向移动，降低平衡产率；此条件是为速率和催化剂活性妥协，不是为了提高氨气平衡产率，C符合题意；选择10~30MPa高压：加压使平衡正向移动，提高氨气平衡产率，D不符合题意；故选C。 题型五 以合成氨为背景的综合应用 【典例5】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】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；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；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；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；故选C。 【变式5-1】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．增大的浓度，可提高的平衡转化率 B．由于氨易液化，、在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率比较高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是10Mpa～30MPa，因为该压强下催化剂铁触媒的活性最大 【答案】B 【解析】增大的浓度，平衡正向移动，可提高H2的平衡转化率，的平衡转化率降低，故A错误；由于氨易液化，分离出的、在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率比较高，故B正确；合成氨反应为放热反应，升高温度，合成氨反应逆向移动，合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，是因为此温度催化剂活性较高，反应速率快，故C错误； 合成氨的反应是气体分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高反应速率，跟催化剂的活性无关，故D错误；故选B。 【变式5-2】下列关于合成氨的说法正确的是 A．适当延长反应时间，可以提高合成氨气的平衡产率 B．升温会导致原料的平衡转化率降低 C．压强越大，合成氨的综合效益越好 D．铁触媒能减小该反应的焓变 【答案】B 【解析】当反应达到平衡时，延长反应时间，平衡不移动，平衡产率不变，故A错误；合成氨反应为放热反应，升温使平衡逆向移动，会导致原料的平衡转化率降低，故B正确；由反应特征可知，压强越大越有利于反应正向进行，但受设备材料、经济效益等因素的影响，不是压强越大综合效益越好，故C错误；铁触媒是催化剂，催化剂能降低反应的活化能、但不能改变该反应的焓变，故D错误；故选B。 【变式5-3】氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．合成塔中采用高温、高压、催化剂等条件均可加快反应速率 B．吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率 C．合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化 D．尾气中含有能形成酸雨的成分 【答案】C 【分析】合成塔中发生，通过氨分离器得到的氨气在氧化炉中发生，故A为氧气，吸收塔中发生，氧气的通入可以使转化为，再发生与水的反应，循环反应，提高转化率。 【解析】合成塔中发生反应，高温、高压、催化剂等条件均可加快反应速率，A项正确；A为氧气，吸收塔中发生，氧气的通入可以使转化为，再发生与水的反应，循环反应，从而提高转化率，B项正确；合成氨反应中氮元素化合价降低，被还原，氨催化氧化制一氧化氮的反应中氮元素化合价升高，被氧化，C项错误；尾气中含有、等，能形成硝酸酸雨，D项正确；故选C。 题型六 化学反应的调控 【典例6】工业上利用反应  合成甲醇，下列相关的说法正确的是 A．为了加快反应速率，生产时应采用尽可能低的温度 B．反应发生时采取尽可能低的压强可以增大原料转化率 C．工业上选用合适的催化剂可以有效提高生成物的产量 D．生产时应采取的正确措施是适宜的温度、高压、催化剂 【答案】D 【解析】低温会使反应速率减小，A错误；高压能使平衡正向移动，从而提高原料转化率，B错误；合适的催化剂可以提高反应速率，但不能改变生成物的产量，C错误；综上所述，合理的反应条件为适宜的温度、高压、催化剂，D正确；故选D。 【变式6-1】在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为：  。下表列出了恒容刚性容器中，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/℃ 平衡时的转化率/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．为了增大的转化率，可以控制与的投料比大于2 B．在到达平衡时充入He增大压强，不能增大转化率 C．该反应的正反应方向是放热反应 D．在实际生产中，选定的温度为400~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳 【答案】A 【解析】增加一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，故控制二氧化硫和氧气的投料比小于2可以增大二氧化硫的转化率，A符合题意；容器为恒容刚性容器，充入与反应无关的气体，反应相关的气体的浓度不变，转化率不变，B不符合题意；由表知：相同压强时，温度高时二氧化硫的转化率小，则升温平衡左移，该反应的正反应方向是放热反应，C不符合题意；结合选项C可知，高温不利于三氧化硫生成，在实际生产中，考虑到综合经济效益，选定的温度为400~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，D不符合题意；故选A。 【变式6-2】硫酸工业生产过程中发生反应：。下列说法正确的是 A．反应达到平衡时，恒温恒压下充入一定量稀有气体，的平衡转化率减小 B．硫酸工业生产采用常压，是因为增大压强不利于提高的产率 C．为提高的平衡转化率，向反应容器中通入越多越好 D．在提高反应速率和转化率上对温度的要求是一致的 【答案】A 【解析】该反应正向是一个气体系数减小的反应，反应达到平衡时，恒温恒压下充入一定量惰性气体，相当于减小压强，平衡逆向移动，SO2的平衡转化率减小，故A正确；该反应正向是一个气体系数减小的反应，工业生产采用常压操作，是因为常压下SO2的转化率已经很高了，增大压强，会使平衡正向移动，反应产率提高，但同时会增大投资，投入增加大于产出增加，因此一般采用常压条件，故B错误；为提高SO2的平衡转化率，应适当向反应容器中通入较多的O2，故C错误；该反应正向是放热反应，升高温度，化学反应速率加快，化学平衡向逆向移动，使SO2的转化率降低，所以在提高反应速率和SO2转化率上对温度的要求不一致，故D错误；故选A。 【变式6-3】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】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；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；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；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。 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．对于反应，下列条件有利于该反应自发进行的是 A．低温 B．高温 C．任意温度 D．高温低压 【答案】A 【解析】反应、，据可知，低温有利于该反应自发进行，故选A。 2．下列变化中属于熵减的是 A．冰融化 B．液态水变为水蒸气 C．过氧化氢分解制氧气 D． 【答案】D 【分析】化学上经常用熵来度量混乱度，同一物质，气态时熵最大，固态熵最小。 【解析】冰融化时固态变为液态，熵增大，A错误；液态水变为水蒸气是由液态变为气态，熵增大，B错误；过氧化氢分解制氧气，，有气体产生，熵增大，C错误；，由气态变为固态，熵减小，D正确；故选D。 3．反应，下列判断正确的是 A．在常温下能自发进行 B．在高温下能自发进行 C．在任何条件下都能自发进行 D．在任何条件下都不能自发进行 【答案】B 【解析】当时，反应能自发进行，该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，则在高温下反应能自发进行，故选B。 4．下列反应的焓变和熵变与冰融化为水的变化一致的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】冰融化为水时，ΔH>0，ΔS>0；钠与水反应生成NaOH和H2，是放热反应，该反应ΔH<0，ΔS>0，A不符合题意；碳酸氢钠分解生成了气体CO2，同时是吸热反应，该反应ΔH>0，ΔS>0，B符合题意；氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁，是放热反应，且气体分子数减少，该反应ΔH<0，ΔS<0，C不符合题意；氮气与氢气化合成氨气，气体分子数减少，且为放热反应，该反应ΔH<0，ΔS<0，D不符合题意；故选B。 5．下列说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应一定是放热反应 B．凡是熵增大的反应都是自发反应 C．要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变 D．反应能自发进行，则该反应的 【答案】C 【解析】能够自发进行的反应＜0，不一定是放热反应，故A错误；熵增大的反应， 不一定小于0，即不一定是自发反应，故B错误；化合反应能否自发进行，需要使用复合判据S进行判断，即综合考虑体系的焓变和熵变，故C正确；反应能自发进行，该反应的，反应不能自发，则，所以，故D错误；故选C。 6．下列反应在任何温度下一定不能自发进行的是 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG＜0，可自发进行； 【解析】该反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都能自发进行，A错误；该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在低温时能自发进行，B错误；该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，该反应在高温时能自发进行，C错误；该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，该反应在任何温度下都不能自发进行，D正确；故选D。 7．下列说法正确的是 A．ΔH>0的反应一定不能自发进行 B．2mol (g)的混乱度和1mol (g)的混乱度相同 C．化学反应室温下不能自发进行，说明该反应的△H<0 D．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 【答案】D 【解析】的反应能自发进行，故ΔH>0的熵增反应可能能自发进行，A错误；2mol (g)的物质的量大于1mol (g)，则2mol (g)的混乱度大于1mol (g)的混乱度，B错误；化学反应为熵增反应，室温下不能自发进行，说明该反应为吸热反应，ΔH>0，C错误；熵代表混乱度，液体混乱度＞固体混乱度，则冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程，D正确；故选D。 8．下列有关说法不正确的是 A．反应在一定条件下可自发进行，且，则 B．某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C．反应在室温下可自发进行，则该反应的 D．通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 【答案】D 【解析】反应在一定条件下可自发进行，且，根据，可知，故A正确；某吸热反应能自发进行，根据，可知，因此该反应一定是熵增反应，故B正确；反应在室温下可自发进行，正反应气体物质的量减少，根据，则该反应的，故C正确；通常情况下，一个放热且熵增的反应，，所以一定能自发进行，故D错误；故选D。 9．下列有关化学反应自发性的说法正确的是 A．放热反应一定是自发进行的反应 B．化学反应的熵变与反应的方向无关 C．反应：，常温下一定能自发进行的判据是， D．只有不需要任何条件才能够自动进行的过程才是自发过程 【答案】C 【解析】放热反应容易自发进行，但不是所有的放热反应都能自发进行，故A错误；反应能否自发进行，取决于=△H-T•△S的差值，当△H-T•△S＜0时，反应能自发进行，可见熵变是影响化学反应方向的因素之一，故B错误；该反应生成气体，反应放热，焓变小于0而熵变大于0的反应，△H-T△S＜0，则反应常温下可自发进行，故C正确；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，故D错误；故选C。 10．已知反应，该反应高温自发，则有关该反应的、判断正确的是 A．， B．， C．， D．， 【答案】B 【解析】根据反应方程式，该反应是气体体积增加，混乱度增大，即ΔS>0，该反应高温下能正向自发进行，根据ΔG=ΔH－TΔS<0可自发进行分析，推出ΔH>0；故选B； 重难突破练（测试时间：10分钟） 11．熵变和焓变是判断反应能否自发的重要依据。下列反应任意条件下均可自发进行的是 A．  △H＜0 B．  △H＜0 C．  △H＞0 D．  △H＞0 【答案】B 【解析】的△H＜0、ΔS＜0，则在低温条件下能自发进行，A不符合题意；的△H＜0、ΔS＞0，则在任何条件下都能自发进行，B符合题意；的△H＞0、ΔS＞0，则在高温条件下能自发进行，C不符合题意；的△H＞0、ΔS＜0，则在任何条件下都不能自发进行，D不符合题意；故选B。 12．下列说法正确的是 A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应的 C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．、的反应任何温度都能自发进行 【答案】D 【解析】常温下，某些吸热反应也可以自发进行，如氢氧化钡晶体和氯化铵反应，故A错误；催化剂改变反应速率，不可以改变化学反应的，化学反应的只和物质的始末状态有关，故B错误；依据反应自发进行的判断依据△G=△H－T△S分析，△G<0时可自发进行，△G>0时不可自发进行，因此反应能否自发进行需要焓变、熵变和温度共同决定，故C错误；、的反应△H－T△S＜0，则任何温度都能自发进行，故D正确；故选D。 13．下列说法不正确的是 A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．在低温条件下能自发进行的反应在高温条件下也一定能自发进行 C．2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0 D．CH4(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋2H2O(g)+ CO2(g)  ΔH<0在任何温度下都可自发进行 【答案】B 【解析】冰在室温下自动熔化成水，混乱程度增大，这是熵增的过程，故A正确；在低温条件下能自发进行的反应在高温条件下不一定能自发进行，如△H<0、△S<0的反应在低温条件下能自发进行，高温条件下不能自发进行，故B错误；2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g) △S<0，在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0，故C正确；CH4(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋2H2O(g)+ CO2(g)  ΔH<0、△S>0，在任何温度下都可自发进行，故D正确；故选B。 14．下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是 A．1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]＜S[H2O(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0 C．2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)  △H＞0能否自发进行与温度有关 D．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 【答案】D 【解析】同一物质在不同状态下熵值不同，一般规律是熵值：气态＞液态＞固态，所以1 mol H2O在不同状态时的熵值大小关系为：S[H2O(s)]＜S[H2O(g)]，A正确；反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)是气体体积增大的反应，△S＞0，该反应在常温下不能自发进行，说明△G=△H -T△S＞0，由于△S＞0，则根据关系式可知该反应的正反应是吸热反应，故该反应的△H＞0，B正确；2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)的△H＞0，△S＞0，根据体系的自由能公式△G=△H -T△S，若在低温下，焓变为主，△G＞0，反应不能自发进行；若在高温下熵变为主，△G＜0，反应能自发进行，可见该反应能否自发进行与温度有关，C正确；任何反应发生都有化学键的断裂与形成过程，断键吸热，成键放热，可见任何反应发生都需要活化过程，与反应类型是放热反应还是吸热反应无关，放热反应不一定能自发进行，而吸热反应也可能自发进行D错误；故合理选项是D。 15.接触法制硫酸的核心反应是SO2在接触室中被催化氧化为SO3，已知该反应为放热反应。常压下，将2mol SO2和1molO2充入一恒容密闭容器，充分反应后，放出热量akJ，此时测得SO2的转化率为90%，下列说法正确的是 A．2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH=-akJ/mol B．根据勒夏特列原理，催化氧化时选用450～500℃的反应温度 C．该反应在实际生产中提高氧气用量有利于提高SO2转化率 D．该反应在实际生产中使用高压条件有利于提高反应物转化率 【答案】C 【解析】2mol SO2和1molO2充入一恒容密闭容器，充分反应后，放出热量akJ，此时测得SO2的转化率为90%，则消耗SO2的物质的量为2mol×90%=1.8mol，则消耗2molSO2完全反应放出热量，故热化学方程式为，A错误；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450~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，而催化剂不会影响平衡移动，B错误；该反应在实际生产中提高氧气用量，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而提高SO2转化率，C正确；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，但常压下二氧化硫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，D错误；故选C。 16．有关合成氨条件选择的说法正确的是 A．使用催化剂可提高反应物的平衡转化率 B．及时分离出NH3既加快反应速率又提高反应物转化率 C．温度控制在500℃左右时铁催化剂的活性最大，可以加快反应速率 D．增大压强既加快反应速率又提高反应物转化率，所以工业生产时压强越大越好 【答案】C 【解析】催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，故使用催化剂不可改变反应物的平衡转化率，A错误；及时分离出NH3，则生成物浓度减小，逆反应速率突然减小，则减慢反应速率，化学平衡正向移动，即可提高反应物转化率，B错误；合成氨反应为放热反应，温度控制在500℃左右与催化剂活性，即温度控制在500℃左右时铁催化剂的活性最大，可以加快反应速率，C正确；增大压强既加快反应速率，同时使反应平衡正向移动，即可提高反应物转化率，但压强越大，对设备的要求越高，所以工业生产时不是压强越大越好，D错误；故选C。 17．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．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 B．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 C．工业合成氨的反应是熵增的放热反应，在任何温度下都能自发进行 D．高温高压都能缩短反应达到平衡状态所用的时间，且均有利于提高合成氨的产率 【答案】A 【解析】减少生产物的浓度有利于平衡向正反应方向移动，则及时从反应体系中分离出氨气，有利于合成氨平衡向正反应方向移动，A正确；缩小体积 、增大压强，能增大反应速率，缩短反应达到平衡状态所用的时间，B错误；工业合成氨的反应是熵减的放热反应，在较低温度下使而自发进行，C错误；工业合成氨的反应是放热反应，升高温度使平衡左移，不利于提高合成氨的产率，D错误；故选A。 18．工业合成甲醇的原理为  H<0，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 【答案】A 【解析】步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁触媒中毒失活，确保工业生产过程中的效率和产品质量，故A正确；是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，增大反应物的转化率，但压强过大会增加对设备材料和制造的要求，提高投资费用，在实际生产中，压强的选择并不是越大越好，而是需要综合考虑多个因素，故B错误；是放热反应，“冷却装置”能提高原料平衡转化率，但不能提高反应速率，故C错误；是放热反应，采用“高温”不利于提高甲醇的平衡产率，故D错误；故选A。 19．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和，测得相同时间内的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是 A．反应速率 B．平衡常数 C．增大压强，甲醇转化率增大 D．生产时反应温度控制在为宜 【答案】B 【分析】由图可知，曲线上升阶段，反应未达平衡之前，温度升高，反应速率增大，一氧化碳转化率增大，平衡之后，温度升高，平衡逆向移动，一氧化碳转化率减小，说明反应为放热反应。 【解析】由图可知，a点温度低于d点，故反应速率，故A正确；由上述分析可知，该反应是放热反应，故温度越高K越小，则，则B错误；由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，即增大甲醇的转化率，故C正确；根据图可知，温度在80～85℃的范围内，CO的转化率最高，超过该温度范围，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明反应的最适温度在80～85℃之间，故生产时反应温度控制在80～85℃为宜，故D正确；故选B。 20．合成氨工业在国民生产中有重要意义。工业上合成氨的反应为，下列说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．该反应的反应物的键能总和大于生成物的键能总和 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．在上述条件下，每消耗，同时生成 【答案】B 【解析】催化剂可以加快反应速率，缩短生产时间，提高生产效率，A正确；正反应放热，反应物断键吸收的总能量低于生成物成键放出的总能量，该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和，B错误；通过调控反应条件，可以使化学平衡正向移动，提高反应进行的程度，C正确；当反应发生时，根据化学计量数可知，每消耗，同时生成2molNH3，D正确；故选B。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题07化学反应的方向与合成氢 考查重点 命题角度 焓变和熵变 自发反应、反应方向与反应的焓变和熵变 判据的应用 利用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势 化学反应条件的优化 运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律 一、反应焓变与反应方向 1．自发过程与自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不借助外部力量就能 的过程 在给定的条件下，可以 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 2．反应焓变与反应方向的关系 (1)多数能自发进行的化学反应是ΔH<0的反应。 (2)有些ΔH>0的反应也能自发进行。 (3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。 二、反应熵变与反应方向 1．熵 (1)概念：描述体系 的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。 (2)特点：体系 越大，体系的熵值就越大。 (3)影响因素 ①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值 。 ③S(混合物)＞S(纯净物)。 2．反应熵变 （1）概念：反应 的总熵与 的总熵之差。 （2）计算式：ΔS=S(反应产物）-S(反应物） （3）熵增加反应：产生气体、气体物质的量增大的反应 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 自发进行的化学反应大多数是熵 的反应，也有些是熵 的反应。 (2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否 进行。 三、用焓变与熵变综合判断反应方向 1．综合判断 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为 。 (1)判断方法 ΔH－TΔS＜0 反应正向 进行 ΔH－TΔS=0 反应达到 ΔH－TΔS>0 反应正向 进行 (2)文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。 2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性（假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化） 化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ΔG的大小 能否正向自发进行 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) －78.03 ＋494.4 ΔG一定小 于0 任何温度下都 正 向自发进行　　　 CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋110.5 －89.4 ΔG一定 大于0 任何温度下都 正向自发进行　　 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=== 4Fe(OH)3(s) －444.3 －280.1 低温时 ΔG＜0 低温下 正向自发进行　　 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 高温时 ΔG＜0 高温下 正向自发进行　　 3．ΔH－TΔS判据的局限性 (1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。 (2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。 四、合成氨 1．合成氨反应的限度 (1)反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。 (2)反应特点 ①自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 ②可逆性：反应为 反应。 ③熵变：ΔS<0，正反应是气体体积 的反应。 ④焓变：ΔH<0，是 反应。 (3)影响因素 ①外界条件： 温度、 压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 ②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为 时平衡混合物中氨的含量最高。 2．合成氨反应的速率 (1)提高合成氨反应速率的方法 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、减小反应产物的浓度 不断地补充反应物，及时地分离出反应产物 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) Δvg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δvg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 (2)浓度与合成氨反应速率之间的关系 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知： N2或H2的浓度， NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 【特别提醒】温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。 3．合成氨生产的适宜条件 (1)合成氨反应适宜条件分析 工业生产中，必须从 和 两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物 的 ，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的 ，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 (2)合成氨的适宜条件 序号 影响因素 选择条件 1 温度 反应温度控制在700_K左右 2 物质的量 N2、H2投料比1∶2.8 3 压强 1×107～1×108 Pa 4 催化剂 选择铁做催化剂 5 浓度 使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2 五、化学反应的调控 1.影响化学反应进行的因素 首先是参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素，其次是 、 、 、 等反应条件。 2.化学反应的调控 （1）含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行； （2）考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件；此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3.工业生产条件的调控原则 (1)既要注意外界条件对反应影响的一致性，又要注意外界条件对反应影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对反应速率影响的 ，又要注意催化剂的活性对 的限制。 (3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的 。 题型一 考查自发反应、自发过程 【典例1】某密闭容器中，在高温条件下，有利于自发进行的反应是 A．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)  ΔH>0 B．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0 C．2H2(g)+O2(g)2H2O(g)  ΔH<0 D．2NO2(g)N2O4(g)  ΔH<0 【变式1-1】下列叙述错误的是 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．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，但改变条件可以自发进行 【变式1-2】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 【变式1-3】化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有着重要的意义，下列有关化学反应方向的判断不正确的是 A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应 B．硝酸铵晶体溶于水是熵增的过程，能自发进行 C．的反应在温度低时不能自发进行 D．在常温下能自发进行，则该反应的 题型二 焓变、熵变的判断 【典例2】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2-1】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 【变式2-2】下列物质的变化过程属于熵减小的是 A．与HCl气体混合 B．的分解 C．固体溶于水 D．1molH2O(l)→1molH2O(g) 【变式2-3】冰融化成水的过程中焓变和熵变均正确的是 A．， B．， C．， D．， 题型三 自由能(ΔG)与反应进行的方向 【典例3】反应的，下列判断正确的是 A．在常温下能自发进行 B．在高温下能自发进行 C．在任何条件下都能自发进行 D．时，能自发进行 【变式3-1】下列说法正确的是 A．放热反应一定是自发反应 B．固体溶解一定是熵减小的过程 C．熵增的反应不一定是自发反应 D．非自发反应在任何条件下都不能发生 【变式3-2】下列说法正确的是 A．ΔH>0，ΔS>0的反应一定可以自发进行 B．根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢 C．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，ΔH一定小于零 D．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，该反应的ΔH>0 【变式3-3】综合考虑体系的焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。下列说法正确的是 A．已知反应的正向反应能自发进行，则 B．已知反应在常温下能自发进行，则 C．已知反应  ，则该反应在任意条件下均不能自发进行 D．已知反应  ，则该反应在高温下能自发进行 题型四 合成氨条件的选择 【典例4】下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．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 B．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高、的转化率 C．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度 D．工业合成氨的反应是熵增的放热反应，在任何温度下都能自发进行 【变式4-1】合成氨反应： 下列说法不正确的是 A．该反应，升高温度，反应速率增大 B．对原料气需进行净化处理，防止催化剂中毒 C．生产中采用循环操作主要是为了增大化学反应速率 D．适当增大n(N2)：n(H2)投料比有利于提高的平衡转化率 【变式4-2】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 【变式4-3】对于工业合成氨反应，采取下列反应条件不是为了提高氨气的平衡产率的是 A．将氨液化移出 B．投料时，稍微过量 C．不选择常温，而选择温度为 D．不选择常压，而选择压强为 题型五 以合成氨为背景的综合应用 【典例5】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5-1】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．增大的浓度，可提高的平衡转化率 B．由于氨易液化，、在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率比较高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是10Mpa～30MPa，因为该压强下催化剂铁触媒的活性最大 【变式5-2】下列关于合成氨的说法正确的是 A．适当延长反应时间，可以提高合成氨气的平衡产率 B．升温会导致原料的平衡转化率降低 C．压强越大，合成氨的综合效益越好 D．铁触媒能减小该反应的焓变 【变式5-3】氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．合成塔中采用高温、高压、催化剂等条件均可加快反应速率 B．吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率 C．合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化 D．尾气中含有能形成酸雨的成分 题型六 化学反应的调控 【典例6】工业上利用反应  合成甲醇，下列相关的说法正确的是 A．为了加快反应速率，生产时应采用尽可能低的温度 B．反应发生时采取尽可能低的压强可以增大原料转化率 C．工业上选用合适的催化剂可以有效提高生成物的产量 D．生产时应采取的正确措施是适宜的温度、高压、催化剂 【变式6-1】在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为：  。下表列出了恒容刚性容器中，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/℃ 平衡时的转化率/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．为了增大的转化率，可以控制与的投料比大于2 B．在到达平衡时充入He增大压强，不能增大转化率 C．该反应的正反应方向是放热反应 D．在实际生产中，选定的温度为400~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳 【变式6-2】硫酸工业生产过程中发生反应：。下列说法正确的是 A．反应达到平衡时，恒温恒压下充入一定量稀有气体，的平衡转化率减小 B．硫酸工业生产采用常压，是因为增大压强不利于提高的产率 C．为提高的平衡转化率，向反应容器中通入越多越好 D．在提高反应速率和转化率上对温度的要求是一致的 【变式6-3】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 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．对于反应，下列条件有利于该反应自发进行的是 A．低温 B．高温 C．任意温度 D．高温低压 2．下列变化中属于熵减的是 A．冰融化 B．液态水变为水蒸气 C．过氧化氢分解制氧气 D． 3．反应，下列判断正确的是 A．在常温下能自发进行 B．在高温下能自发进行 C．在任何条件下都能自发进行 D．在任何条件下都不能自发进行 4．下列反应的焓变和熵变与冰融化为水的变化一致的是 A． B． C． D． 5．下列说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应一定是放热反应 B．凡是熵增大的反应都是自发反应 C．要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变 D．反应能自发进行，则该反应的 6．下列反应在任何温度下一定不能自发进行的是 A． B． C． D． 7．下列说法正确的是 A．ΔH>0的反应一定不能自发进行 B．2mol (g)的混乱度和1mol (g)的混乱度相同 C．化学反应室温下不能自发进行，说明该反应的△H<0 D．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 8．下列有关说法不正确的是 A．反应在一定条件下可自发进行，且，则 B．某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C．反应在室温下可自发进行，则该反应的 D．通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行 9．下列有关化学反应自发性的说法正确的是 A．放热反应一定是自发进行的反应 B．化学反应的熵变与反应的方向无关 C．反应：，常温下一定能自发进行的判据是， D．只有不需要任何条件才能够自动进行的过程才是自发过程 10．已知反应，该反应高温自发，则有关该反应的、判断正确的是 A．， B．， C．， D．， 重难突破练（测试时间：10分钟） 11．熵变和焓变是判断反应能否自发的重要依据。下列反应任意条件下均可自发进行的是 A．  △H＜0 B．  △H＜0 C．  △H＞0 D．  △H＞0 12．下列说法正确的是 A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应的 C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．、的反应任何温度都能自发进行 13．下列说法不正确的是 A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．在低温条件下能自发进行的反应在高温条件下也一定能自发进行 C．2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0 D．CH4(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋2H2O(g)+ CO2(g)  ΔH<0在任何温度下都可自发进行 14．下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是 A．1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]＜S[H2O(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0 C．2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)  △H＞0能否自发进行与温度有关 D．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 15.接触法制硫酸的核心反应是SO2在接触室中被催化氧化为SO3，已知该反应为放热反应。常压下，将2mol SO2和1molO2充入一恒容密闭容器，充分反应后，放出热量akJ，此时测得SO2的转化率为90%，下列说法正确的是 A．2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH=-akJ/mol B．根据勒夏特列原理，催化氧化时选用450～500℃的反应温度 C．该反应在实际生产中提高氧气用量有利于提高SO2转化率 D．该反应在实际生产中使用高压条件有利于提高反应物转化率 16．有关合成氨条件选择的说法正确的是 A．使用催化剂可提高反应物的平衡转化率 B．及时分离出NH3既加快反应速率又提高反应物转化率 C．温度控制在500℃左右时铁催化剂的活性最大，可以加快反应速率 D．增大压强既加快反应速率又提高反应物转化率，所以工业生产时压强越大越好 17．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．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 B．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 C．工业合成氨的反应是熵增的放热反应，在任何温度下都能自发进行 D．高温高压都能缩短反应达到平衡状态所用的时间，且均有利于提高合成氨的产率 18．工业合成甲醇的原理为  H<0，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 19．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和，测得相同时间内的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是 A．反应速率 B．平衡常数 C．增大压强，甲醇转化率增大 D．生产时反应温度控制在为宜 20．合成氨工业在国民生产中有重要意义。工业上合成氨的反应为，下列说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．该反应的反应物的键能总和大于生成物的键能总和 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．在上述条件下，每消耗，同时生成 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $