第40讲 化学反应进行的方向与调控 课件-2026届高三化学一轮复习

第十章 化学反应速率与平衡常数 第40讲 化学反应的方向与调控 新人教版 高中化学 2026届 一轮复习 知识梳理 知识点1 化学反应的方向 在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。 1、自发过程： ①自然界中水总是从高处往低处流； （前提：无外力挡住流水） ⑤食盐溶解于水； ④墨汁滴入水中，自动扩散； ③气温高于0℃，冰雪自动融化； ②电流:电位高→电位低； 一、自发过程和自发反应 自发过程的特点 ①体系趋向于从 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 转变为 的倾向性(无序体系更加稳定) 低能 有序 无序 高能 知识梳理 ①镁条燃烧； ⑤锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4 … … ④甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧； ③铁器暴露在潮湿空气中会生锈； ②酸碱中和； 在一定条件下，不需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应 (往往指一定的温度和压强) 2、自发反应： 说明： 1)自发反应并不一定在常温常压下自发进行。 如，氢气燃烧需要点燃，碳酸钙在高温下自发分解… … 2)一般地，一个过程是自发的，其逆过程就是非自发的。 非自发过程要想发生，必须对它做功。 3)自发反应和非自发反应是可能互相转化的。 在所需条件下，反应一旦发生便能自发进行，即为自发反应 重难点突破 1. 焓变 △H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < 0 多数 少数 二、判断化学反应方向的判据 知识点1 化学反应的方向 体系的能量 有降低的趋势 自发反应 有利于 一定可以发生 焓判据 重难点突破 同一种物质，气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小 ③反应的熵变： ΔS＝S(生成物)－S(反应物) 2、熵：描述体系混乱度的物理量 单位：J.mol-1 .k-1 符号S 体系趋向于有序转变为无序，导致体系的熵增加，这叫做熵增原理，也是反应方向判断的依据。. 熵值越大，体系混乱度越大 ②熵与物质状态的关系： H20(g) H20(l) H20(s)。 ＞ ＞ ①熵与物质的量的关系 物质的量越大→粒子数越多→体系的混乱度越大→熵值越大 在化学反应中，气态物质的系数增大，则熵增大。反之，则熵减小。 知识点1 化学反应的方向 重难点突破 孤立/绝热体系 熵值增大 自发反应 有利于 熵判据 自发反应也有可能是熵减反应 4Na(s) + O2(g)=2Na2O(s) ΔS =-259.86J·mol-1·K-1 ΔH =-828.44 kJ·mol-1 焓判据 ΔH<0 熵判据 ΔS<0 自发反应 有利于 不利于 主要方面 次要方面 综合考虑体系的焓变与熵变 知识点1 化学反应的方向 重难点突破 1876年，吉布斯（美）提出自由能变化 ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ ΔG < 0）的方向进行，直至达到平衡。 ΔG = ΔH-T ΔS ΔH ΔS 高温下能自发进行 一定不能自发进行 低温下能自发进行 一定能自发进行 ΔG = ΔH—TΔS < 0 反应能自发进行 ΔG=ΔH—TΔS = 0 反应达到平衡状态 ΔG=ΔH—TΔS > 0 反应不能自发进行 反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定 知识点1 化学反应的方向 重难点突破 ⑵过程的自发性只能用于判断过程进行的方向， 不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 ⑴在讨论过程的方向问题时，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。 例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。 例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。 石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K时是自发的反应。 知识点1 化学反应的方向 巩固提升 （2025·湖南节选） ﹣126 B 真题感悟 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 知识点2 化学反应的调控 知识梳理 一般通过改变上述外界条件等途径调控反应速率。 2.控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等提高转化率。 (2)提高转化率的措施 浓度、温度、气体的压强、固体的表面积、催化剂等因素影响反应速率 平衡问题 适当提高某反应物浓度 加热 压缩气体 固体粉碎、搅拌等 知识点2 化学反应的调控 知识梳理 知识梳理 知识点2 化学反应的调控 3、工业合成氨反应的适宜条件 (1)理论分析 结合合成氨的反应特点,分析增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求: 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 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 高温 高压 增大反应物浓度、 减小生成物浓度 低温 高压 无影响 理论上：低温、高压、催化剂有利于N2或H2的转化。 N2+3H2 2NH3 1)浓度： 2)温度： 3)压强: 4)催化剂： 使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。 400-500℃左右 （温度低，有利于增大平衡混合气中的含量，但反应速率太慢。 500℃，催化剂活性最大） 铁触媒 (能加快化学反应速率，提高单位时间内的产量) 10~30MPa(压强过高，对设备材质和生产条件提出了更高的要求) 500℃ 铁触媒 10-30Mpa 原料气的制取—净化—压缩—合成—分离—液氨 N2、H2 合成氨简易工业流程: n(N2):n(H2)≈1 : 2.8 3、工业合成氨反应的适宜条件 (2)实际生产 最后，选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求 知识梳理 知识点2 化学反应的调控 P225[链高考](经典真题)已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是 压强/(105Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大 B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 B 进阶1　迁移·模拟演练 P227T1.“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法,在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下: 主反应:3C4H8(g) 4C3H6(g); 副反应:C4H8(g) 2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中,各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示: (1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一,从产物的纯度考虑,该数值越高越好,据图甲和图乙判断,反应条件应选择__________(填字母)。 A.300 ℃、0.1 MPa B.700 ℃、0.1 MPa C.300 ℃、0.5 MPa D.700 ℃、0.5 MPa (2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素,认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适,从反应原理角度分析其理由可能是__________。 C 300 ℃反应速率慢,700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率 P226典题2(2024·安徽卷节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题: 【乙烷制乙烯】 (1)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g)═C2H4(g)+H2(g)　ΔH,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH__________(填“>”“<”或“=”)0。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是__________(填字母)。 a.600 ℃,0.6 MPa b.700 ℃,0.7 MPa c.800 ℃,0.8 MPa > b （2025·云南节选）恒压100kPa下，向密闭容器中按n(H2O):n(C2H5OH)=9:1投料，产氢速率和产物的选择性随温度变化关系如图1，关键步骤中间体的能量变化如图2。 ①由图1可知，反应Ⅰ最适宜的温度为270℃，原因为 。 ②由图中信息可知，乙酸可能是 (填“产物1”“产物2”或“产物3”)。 ③270℃时，若该密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则 Kp1 乙酸选择性最大且反应速率较快 产物1 36:5 乙酸的选择性 (2025湖南节选)一定温度下，CO、C2H4和H2(体积比为x:2:1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100kPa)发生反应i和ii．有CO存在时，反应ii的反应进程如图1所示。随着x的增加，C2H4的转化率和产物的选择性(选择性)如图2所示。 ①根据图1，写出生成C4H10的决速步反应式 ；C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。 ②结合图2，当x大于等于2时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡，随着x的增大，C2H4的转化率减小的原因是 ；当x=2时，该温度下反应ii的Kp= (Kpa)-2(保留两位小数)。 由C4H9生成C4H8时，活化能较大，反应速率慢 反应i和反应ii为气体减小的反应，入口压强不变，随着x增大，反应体系的分压越小，平衡向左移动 $