第38讲 化学反应的方向与调控-2027年高考化学一轮复习课件

该高中化学高考复习课件聚焦“化学反应的方向与调控”专题，依据新课标要求梳理了熵变、复合判据（ΔG=ΔH-TΔS）及工业反应调控两大核心考点，结合近三年高考命题分析，明确基础性（焓变熵变影响）、综合性（平衡与速率综合）、情境化（工业生产背景）的考查特点，归纳判据判断、条件选择等常考题型。 课件亮点在于高考真题深度融合与科学思维培养，如2025广东卷反应自发判断、2024安徽卷乙烷脱氢条件分析等真题解析，通过ΔG计算模型、工业条件“速率与平衡一致性”原则突破考点，培养学生证据推理与模型建构能力。特设易错点辨析与关键能力提升模块，助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效规划复习，提升备考针对性。

第38讲　化学反应的方向与调控 课标 指引 1.了解熵、熵变的含义,会用复合判据判断反应进行的方向。 2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产生活和科学研究中的重要作用。 三年 高考 命题 分析 1.命题特点 基础性:侧重考查化学反应自发性的判据(ΔG=ΔH-TΔS)及简单计算,要求掌握熵变、焓变对化学反应方向的影响。 综合性:常结合平衡移动、速率方程或电化学综合命题,分析多因素调控(如温度、压强、催化剂等)的实际应用。 情境化:常以工业生产、环境治理为背景,要求用热力学原理解释调控措施。 2.命题趋势:聚焦化学反应自发性的判据与平衡移动原理的综合应用,结合真实情境考查化学反应方向的判断及调控措施(如温度、浓度、催化剂等)。 考点一　化学反应进行的方向 必备知识•梳理 1.自发反应 在一定条件下,______________就能自发进行的反应称为自发反应。  2.熵和熵变的含义 (1)熵的含义 熵是度量体系__________的物理量。用符号__________表示。同一条件下,不同物质有不同的熵值,同种物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是S(g) __________ S(l) __________ S(s)。  (2)熵变的含义 熵变是反应前后体系__________,用__________表示,化学反应的ΔS越大,越有利于反应__________。  无需外界帮助 混乱程度 S > > 熵的变化 ΔS 自发进行 3.判断化学反应方向的判据(ΔG=ΔH-TΔS) ΔG<0时,反应__________自发进行;  ΔG=0时,反应处于__________状态;  ΔG>0时,反应__________自发进行。  能 平衡 不能 教材链接 (选择性必修1·P45练习与应用T3)水凝结成冰的过程中,其焓变和熵变正确的是(　　) A.ΔH>0,ΔS<0 B.ΔH<0,ΔS>0 C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0 D 考题链接 (1)(2025·广东卷节选)298 K下,反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) ══ TiCl4(g)+2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0,则298 K下该反应__________(填“能”或“不能”)自发进行。  能 解析:由于ΔH<0、ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。 (2)(2022·浙江1月选考卷)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)══(aq)+(aq),其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质,下列说法正确的是(　　) A.ΔH和ΔS均大于零 B.ΔH和ΔS均小于零 C.ΔH可能大于零或小于零,ΔS大于零 D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 D 辨析明理 判断正误:对的打“√”,错的打“×”。 (1)同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同。(　　) (2)非自发反应在一定条件下也能发生。(　　) (3)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。(　　) (4)需要加热才能够进行的反应,肯定不是自发反应。(　　) (5)ΔH<0,ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行。(　　) (6)一定温度下,反应MgCl2(l) Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0。(　　) (7)反应NH3(g)+HCl(g) ══NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0。(　　) × √ × × × √ √ 关键能力•提升 命题角度　化学反应进行的方向 1.(2026·浙江杭州开学考)工业上利用甲烷制取炭黑的反应是 ①CH4(g) ══C(s)+2H2(g)　ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1　ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1; 反应过程中容易发生副反应 ②2CH4(g) ══C2H2(g)+3H2(g)　 ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1　 ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1。 下列有关说法正确的是(　　) 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约是927.8 K D.温度越高对制取炭黑越有利 C 解析:常温(298 K)时,反应①的ΔG=ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-298 K× 80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1≈50.8 kJ·mol-1>0,反应①在常温下无法自发进行,A错误;从焓变角度看,副反应②的ΔH为+376.426 kJ·mol-1,为吸热反应,从熵变角度看,ΔS=+220.211 J·mol-1·K-1>0,熵变才是副反应②自发进行的决定因素,B错误;反应①自发进行的最低温度T= ≈927.8 K,C正确;温度过高会促进副反应②的发生,不利于制取炭黑,D错误。 2.(2025·贵州铜仁摸底考)现有两个热化学方程式: 下列说法正确的是(　　) A.反应①②中都存在:ΔS>0 B.反应①一定不能自发进行 C.从焓变的角度看,反应①能自发进行 D.从熵变的角度看,反应②能自发进行 B 解析:反应①②均为液体与气体反应转化为液体,均为熵减反应,即ΔS<0,A错误;ΔG=ΔH-TΔS<0的反应能自发进行,反应①的ΔH1>0、ΔS<0,则ΔH1-TΔS>0,反应①在任何温度下都不能自发进行,B正确;从焓变的角度看,放热反应(ΔH<0)倾向于自发进行,而ΔH1>0,吸热不利于反应自发进行,C错误;从熵变的角度看,熵增的反应(正向混乱度增大)倾向于自发进行,而反应②的ΔS<0,熵减不利于反应自发进行,D错误。 考点二 化学反应的调控——工业合成氨 必备知识•梳理 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反应速率和化学平衡影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价的原料,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、高压的能力等 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 (1)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)、固体的比表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)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.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 (2)实际工业合成氨反应的适宜条件 ①压强:_________________________。  ②温度:_________________________。  ③催化剂:_________________________。  10 MPa~30 MPa 400~500 ℃ 铁触媒 关键能力•提升 命题角度1　工业合成氨原理分析 1.哈伯法合成氨的反应原理为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行,以氮气和氢气为反应物的燃料电池是利用氮气的一种新方法。下列有关哈伯法合成氨反应的说法正确的是 (　　) A.若该反应能自发进行,则ΔH>0 B.选用高效催化剂,可降低该反应的ΔH C.其他条件不变,增大起始n(N2)∶n(H2)的值,可提高H2的平衡转化率 D.提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数 C 解析:A项,该反应为熵减小的反应,若该反应能自发进行,则ΔH<0,错误;B项,催化剂不能改变反应的ΔH,错误;C项,其他条件不变,增大起始n(N2)∶n(H2)的值,相当于氢气量不变时,增加氮气的用量,平衡正向移动,可提高H2的平衡转化率,正确;D项,化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,错误。 命题角度2　化工生产条件的分析及选择 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 解析:由图可知,压强相同的情况下,随着温度升高,C2H6的平衡转化率增大,因此该反应为吸热反应,ΔH>0。600 ℃,0.6 MPa时,C2H6的平衡转化率约为20%,a错误;700 ℃,0.7 MPa时,C2H6的平衡转化率约为50%,最接近40%,b正确;700 ℃,0.8 MPa时,C2H6的平衡转化率接近50%,升高温度,该反应的化学平衡正向移动,C2H6转化率增大,因此800 ℃,0.8 MPa时,C2H6的平衡转化率大于50%,c错误。 (2)一定温度和压强下, 反应ⅰ　C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　 反应ⅱ　C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g)　远大于)(Ka是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数) ①仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算=__________。  ②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率__________(填“增大”“减小”或“不变”)。  增大 解析:①仅发生反应ⅰ时,设初始C2H6的物质的量为1 mol,平衡时C2H6的转化率为25.0%,则消耗0.25 mol C2H6,生成0.25 mol C2H4,生成0.25 mol H2, 。②反应ⅰ生成的H2促进反应ⅱ正向进行,同时H2的消耗也促进反应ⅰ正向进行,又由于远大于,所以C2H4的平衡产率增大。 【乙烷和乙烯混合气的分离】 (3)常温常压下,将C2H4和C2H6等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是__________(填字母)。  A.前30 min,两种气体均未被吸附 B.p点对应的时刻,出口气体的主要成分是C2H6 B 解析:前30 min,等于0,出口浓度(c)为0,说明两种气体均被吸附,A错误;p点时,C2H6对应的约为1.75,出口处C2H6的浓度较大,而C2H4对应的较小,出口处C2H4的浓度较小,说明此时出口气体的主要成分为C2H6,B正确。 3.(2023·辽宁卷节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化: SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98.9 kJ·mol-1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图所示,下列说法正确的是__________(填字母)。  a.温度越高,反应速率越大 b.α=0.88的曲线代表平衡转化率 c.α越大,反应速率最大值对应温度越低 d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度 cd 解析:SO2的催化氧化反应为放热反应。从图像看,随着温度升高,反应速率先增大后减小,a错误;相同温度下,存在转化率大于0.88的情况,则α=0.88的曲线不能代表平衡转化率,b错误;由图可知,α越大,反应速率最大值对应温度越低,c正确;可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度,d正确。 (2)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如图所示,催化性能最佳的是__________(填字母)。  d 解析:结合图像可知,在相同温度下d催化剂对应的SO2转化率最高,催化性能最佳。 能力提升 题组1　前沿模拟演练 1.(2025·河北保定一模)甲醇是重要的化工原料,可用作涂料、清漆、油墨、染料、生物碱等的溶剂,工业上可利用CO2生产甲醇,同时可降低温室气体CO2的排放。 已知:ⅰ.2H2(g)+O2(g) ══2H2O(g)　ΔH1=-483.6 kJ·mol-1 ⅱ.CH3OH(g)+1.5O2(g) ══CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-674.0 kJ·mol-1 ⅲ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3 回答下列问题: (1)ΔH3=__________kJ·mol-1,反应ⅲ在__________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。  -51.4 低温 解析:由盖斯定律可知,ⅰ×1.5-ⅱ可得反应ⅲ,则ΔH3=1.5ΔH1-ΔH2=-483.6 kJ·mol-1×1.5+674.0 kJ·mol-1=-51.4 kJ·mol-1,反应ⅲ是气体体积减小的反应,ΔS<0,ΔH-TΔS<0时反应能够自发进行,则该反应在低温下能自发进行。 (2)在Cu-ZnO催化下,CO2与H2同时发生反应ⅲ和CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH4>0两个反应。T ℃时,在容积为1 L的密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量如下表(初始压强为1.4p): 物质 CO2 H2 CH3OH(g) CO H2O(g) 起始/mol 5 9 0 0 0 平衡/mol     2   3 T ℃时,反应ⅲ的平衡常数Kp=__________(用分数表示)。保持反应条件不变,再向平衡体系中加入H2O(g)和CO2(g)各1 mol,此时反应ⅲ的v(正) _________(填“>”“<”或“=”)v(逆)。为了提高CH3OH的产率,在初始投料量不变的情况下,可以__________(填“升温加压”“降温减压”“降温加压”)。  > 降温加压 解析:根据已知信息列出三段式: 　　　　 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 起始/mol 5 9 0 0 转化/mol 2 6 2 2 平衡/mol 2 2 2 3 　　　　 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 转化/mol 1 1 1 1 平衡/mol 2 2 1 3 初始压强为1.4p,则平衡压强为1.4p×=p,反应ⅲ的平衡常数Kp=,反应ⅲ的平衡常数K=,保持反应条件不变,再向平衡体系中加入H2O(g)和CO2(g)各1 mol,Q=,此时反应正向进行,v(正)>v(逆),反应ⅲ是气体体积减小的放热反应,降温加压可使平衡正向移动,提高CH3OH的产率。 (3)研究分析用CO2及H2制取甲醇,在有、无催化剂条件下的反应历程如下图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS为过渡态。 该历程中决速步骤的反应方程式为________________________________,催化剂使该步骤的活化能降低__________eV。  H2COO*+H2(g) ══H2CO*+OH* 0.20 解析:活化能最高的步骤,反应速率最慢,为总反应的决速步,则该历程中决速步骤的反应方程式为H2COO*+2H2(g) ══H2CO*+OH*+H2(g)[或H2COO*+H2(g) ══H2CO*+OH*],催化剂使该步骤的活化能降低1.80 eV-0.20 eV-(0.40+1.00) eV=0.20 eV。 (4)向容积相同的恒容密闭容器中分别充入等量的CO2和H2发生反应ⅲ,在不同催化剂(M型、N型)条件下反应相同时间,CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图所示。 ①O~T1温度下,使用__________(填“M型”或“N型”)催化剂效果更好;在两种催化剂的作用下,它们的正、逆反应活化能差值分别用E(M)、E(N)表示,则E(M) __________(填“>”“<”或“=”)E(N)。  ②P点时CO2的转化率呈现下降趋势的原因可能是(不考虑催化剂活性丧失问题)________________________________________________________。  M型 = P点不同催化剂下,CO2的转化率相同,此时反应达到平衡,该反应的正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,则CO2的转化率降低 解析:①从图中可以看出,未平衡之前,在相同温度下,使用M型催化剂的CO2转化率更高,效果更好;正、逆反应活化能的差值为反应热,则E(M)=E(N)。 ②P点不同催化剂下,CO2的转化率相同,此时反应达到平衡,该反应的正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,则CO2的转化率降低。 题组2　高考真题集训 2.(2025·云南卷节选)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产,主要反应为 Ⅰ.C2H5OH(g)+H2O(g) ══2H2(g)+CH3COOH(g)　ΔH1　 Ⅱ.C2H5OH(g) ══CH3CHO(g)+H2(g)　ΔH2=+68.7 kJ·mol-1 回答下列问题: (1)对于反应Ⅰ: ①已知CH3CHO(g)+H2O(g) ══H2(g)+CH3COOH(g)　ΔH=-24.3 kJ·mol-1,则ΔH1=__________kJ·mol-1。  ②反应后从混合气体分离得到H2,最适宜的方法为_________________。 +44.4 冷凝液化分离 解析:①根据盖斯定律, ΔH1=ΔH2+ΔH=+68.7 kJ·mol-1-24.3 kJ·mol-1=+44.4 kJ·mol-1。 ②混合气体中H2的沸点很低,其余物质的沸点较高,可采用冷凝液化的方法分离出H2。 (2)恒压100 kPa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。[比如:乙酸选择性=×100%] 图1 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p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)=__________,平衡常数=___________________kPa(列出计算式即可;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。  的选择性最高,副产物选择性及乙醛选择性低,且此时反应速率较快 270 ℃时目标产物乙酸 产物1 7.2 解析:①由图1可知,270 ℃时,乙酸选择性最高,Cl副产物选择性及乙醛选择性低,且产氢速率也较大。 ②由题图1可知乙酸的选择性大于其他产物,说明生成乙酸速率最快,反应过程中,决速步能垒最低,题图2中产物1的决速步能垒最低,生成速率最快,对应乙酸。 ③设加入9 mol H2O、1 mol C2H5OH, Ⅰ.　　　C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+CH3COOH(g) 转化/mol 　x 　x 2x 　　x Ⅱ.　　　C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g) 转化/mol y 　　 y y 根据 可知平衡后容器中, C2H5OH为(1-x-y) mol=0.1 mol, H2O为(9-x) mol=8.28 mol, H2为(2x+y) mol=1.62 mol, CH3COOH为x mol=0.72 mol, CH3CHO为y mol=0.18 mol, n总=0.1 mol+8.28 mol+1.62 mol+0.72 mol+0.18 mol=10.9 mol。 p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)=n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=0.72 mol∶0.1 mol=7.2, kPa。 ①(l)+H2(g)(l)　ΔH1>0 ②(l)+2H2(g)(l)　ΔH2<0 $