专题04 化学反应的方向和调控（期中专项训练）高二化学上学期人教版

函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 专题04 化学反应的方向和调控 概念扫盲题 1.D 2.C 3.B 4.A 5.B 考法聚焦题 考法一焓判据和熵判据 1.A 2.B 3.B 4.A 5.C 考法二化学反应的方向与自由能的关系 6.A 7.c 8.D 9.B c2(C0)c2(H2) 10.(1)> 高温 c(CO,)c(CH) *CH,CHO (2) 大于 1/3 函学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 (3)< 97.5% k逆 投料比一定，当SO2的转化率不变时，体系组成一定，温度升高，k正 k均增大，低温范围，60，的大小由年决定：高温范国。S0,）的大小由扶定。 考法三工业合成复的条件选择 11.A 12.C 13.C 14.A 15.(1)D (2)C (3)A (4)防止铁催化剂中毒 (5)B (6)B (7)436 (8)0.06 (9)18.4 (10)B 考法四工业生产中适宜生产条件的选择 16.D 17.B 18.B 高频易错题 2/3 函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 1.B 2.D 3.C 4.D 情境迁移题 1.A 2.B 3.D 4.D 5.D 6.AB 7.(1)B (2)126 (3)温度过低反应速率太慢，达平衡时间长、单位时间产量低；500℃时催化剂（铁触媒）活性最大，反应 速率快，可显著提高生产效率，故实际选择约500℃ (4)322% (5)A 催化剂A在较低温度下具有较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面低温有利于氨的 合成 3/3 专题04 化学反应的方向和调控 概念扫盲题 考法聚焦题 考法一 焓判据和熵判据 考法二 化学反应的方向与自由能的关系 考法三 工业合成氨的条件选择 考法四 工业生产中适宜生产条件的选择 高频易错题 情境迁移题 概念扫盲题 【涉及概念】自发过程、自发反应、焓和焓变、熵和熵变、自由能等。 1．（25-26高二上·河南南阳·期中）下列关于反应的方向，说法正确的是 A．电解水为自发反应 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．焓增熵减的反应一定能自发进行 D．自发反应在恰当条件下才能实现 【答案】D 【解析】A．自发反应是不需要持续借助外界非自发作用力（如持续通电做功）就能自动进行的反应，电解水需要持续外接电源提供电能才能发生，属于非自发反应，A错误； B．反应能否自发进行是热力学判断，和反应速率无关，能自发进行的反应不一定迅速发生，如铁的锈蚀，B错误； C．焓增即，熵减即，任意温度下，反应一定不能自发进行，C错误； D．自发反应仅说明反应有自发进行的趋势，需要在恰当条件下才能实际发生，如氢气与氧气的化合反应常温下自发，需点燃才能反应，D正确； 故选D。 2．（25-26高二上·河北秦皇岛·阶段检测）下列关于判断过程方向的说法正确的是 A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石的过程是自发过程 C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程 D．干冰升华是吸热过程，常温下是非自发过程 【答案】C 【解析】A．部分吸热反应也能自发进行（如氢氧化钡晶体与氯化铵的反应），自发反应不都是放热反应，A错误； B．石墨转化为金刚石的焓变ΔH>0、熵变ΔS<0，ΔG=ΔH-TΔS恒大于0，无论什么条件都无法自发进行，需要外界持续做功才能转化，B错误； C．单独的焓判据或熵判据都无法准确判断所有过程的方向，由二者组合得到的复合判据（ΔG=ΔH-TΔS），可通过ΔG是否小于0判断等温等压下所有过程的自发性，适用范围更广，C正确； D．干冰升华是固态变为气态的过程，ΔS>0，虽然吸热ΔH>0，但依据经验常温下TΔS>ΔH，ΔG<0，属于自发过程，D错误； 故答案选C。 3．（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）下列说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 B．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 C．能够自发进行的反应一定是放热反应 D．ΔH<0的反应均是自发进行的反应 【答案】B 【解析】A．反应是否自发进行的判据是ΔH-TΔS<0，若ΔH<0，低温条件下熵减的反应也可以自发进行，因此自发进行的反应不一定是熵增过程，A错误； B．冰是固态，室温下熔化为液态水，体系混乱度增大，ΔS＞0，因此该过程是熵增的过程，B正确； C．能够自发进行的反应不一定是放热反应，如ΔH＞0、ΔS＞0的反应，高温下满足ΔH-TΔS<0，即可自发进行，C错误； D．ΔH<0的反应并非都能自发进行，若ΔH<0、ΔS<0，高温下ΔH-TΔS＞0，反应不能自发进行，D错误； 故选B。 4．（24-25高二上·四川成都·阶段检测）下列关于焓判据和熵判据的说法中，正确的是 A．吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B．的反应均是自发进行的反应 C．碳酸钙分解为吸热反应，该反应在任何温度下都不能自发进行 D．冰在室温下自动熔化成水，这是熵减的过程 【答案】A 【解析】A．由的过程能自发进行可知，吸热的自发过程一定为熵增加的过程，A正确； B．熵减的放热反应在高温条件下反应，不能自发进行，B错误； C．碳酸钙分解为吸热反应，且为熵增的反应，该反应在高温下能自发进行，C错误； D．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程，D错误； 故选A。 5．（25-26高二上·四川成都·阶段检测）关于化学反应进行的方向，下列叙述正确的是 A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．液态水凝结成冰的过程中，， C．自由能变化的化学反应一定能迅速进行 D．能自发进行的反应一定是熵增的过程 【答案】B 【解析】A．大多数放热反应是自发进行的，但有些吸热反应也是自发进行的，例如：，A错误； B．液态水凝结成冰，需要放出热量，又液态变成固态，熵减小，故，B正确； C．ΔG＜0仅表明热力学可能性，与反应速率无关，C错误； D．<0可以自发进行，当∆H<0，∆S<0时，低温可以自发，能够自发进行的反应不一定是熵增的过程，D错误； 故选B。 考法聚焦题 考法一 焓判据和熵判据 【速解技巧】 1.焓判据 焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)⇌4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 结论 只用焓判据判断反应是否自发不全面 2.熵判据 熵 定义 度量体系混乱程度的物理量(体系的有序性越高，混乱度越低，熵值越小) 符号 S 影响因素 ①同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。 ②物质组成越复杂，熵值越大。 ③对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多，熵值越大。 ④物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 熵变 定义 物质发生变化时，体系的熵的变化 符号 ΔS 意义 混乱度增加的过程或反应为熵增，ΔS＞0；混乱度减小的过程或反应为熵减，ΔS＜0(产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，熵变为正值ΔS＞0，是熵增反应)；化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行 1．（26-27高二上·浙江·阶段检测）奥地利物理学家Boltzmann首次将熵与混乱度定量地联系起来，在相同的温度和压强下，下列有关熵大小比较正确的是 A．甲烷(g)丁烷(g) B． C． D． 【答案】A 【分析】熵是描述体系混乱度（无序程度）的物理量，是状态函数；粒子越多、分子越复杂、状态越 “松散”（固 < 液 < 气），熵越大； 【解析】A．物质的量相同，丁烷分子里原子数目更多，结构更复杂，混乱度更大，熵更大；A正确； B．同物质同状态，物质的量越大，粒子总数越多，熵越大；因此，B错误； C．物质的量相同的同种物质，液态混乱度大于固态，，C错误； D．甲烷分子简单，但3 mol 甲烷总粒子数远多于 1 mol 丙烷，总熵更大，D错误； 故答案选A。 2．（23-24高二上·安徽阜阳·期中）化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是 A．反应的 B．在不同状态时的熵值： C．反应能否自发进行与温度无关 D．或的反应一定能自发进行 【答案】B 【解析】A．该反应反应物中存在1mol气态物质，反应后全部变为液态物质，体系的混乱度减小，因此熵变，A错误； B．对于同一种物质，熵值的大小规律为气态>液态>固态，因此1mol的熵值：，B正确； C．根据反应自发进行的判据，该反应，同时反应后气体分子数增多，只有在高温下才能满足，反应可以自发进行，低温下反应不能自发，因此能否自发和温度有关，C错误； D．反应自发进行的判据是，仅（比如焓减熵减的低温自发、高温不自发反应）或仅（比如熵增焓增的高温自发、低温不自发反应）都不能保证反应一定在任意条件下自发进行，D错误； 故选B。 3．（26-27高二上·天津河西·阶段检测）已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件下，下列反应不能自发进行的是 A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0 B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)ΔH>0 C．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0 D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH>0 【答案】B 【解析】A．反应气体分子数增多，，结合，可得，任何温度下均能自发进行，A错误； B．反应气体分子数减少，，结合，可得，任何温度下均不能自发进行，B正确； C．反应气体分子数减少，，结合，低温下，可自发进行，C错误； D．反应气体分子数增多，，结合，高温下，可自发进行，D错误； 故选B。 4．（25-26高二上·陕西宝鸡·期末）熵变、焓变可作为反应过程进行方向的判据，下列反应一定有自发倾向的是 A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】A 【解析】A．根据吉布斯自由能判据（热力学温度），当、时，恒小于0，反应在任何温度下都能自发进行，A符合题意； B．当、时，恒大于0，反应在任何温度下都不能自发进行，B不符合题意； C．当、时，仅低温下、反应自发，高温下反应无法自发，不是一定有自发倾向，C不符合题意； D．当、时，仅高温下、反应自发，低温下反应无法自发，不是一定有自发倾向，D不符合题意； 故答案选A。 5．（24-25高二上·山西·阶段检测）下列反应中，的是 A． B． C．高温下能自发进行的反应： D．任何温度下均能自发进行的反应： 【答案】C 【解析】A．该反应气体总物质的量减少，，且为合成氨放热反应，，A错误； B．该反应气体总物质的量减少，，且为吸热反应，任何温度下均不能自发进行，B错误； C．该反应气体总物质的量增加，，高温下能自发，根据可知，反应，满足、，C正确； D．任何温度下均能自发的反应满足、，不符合的要求，D错误； 故选C。 考法二 化学反应的方向与自由能的关系 【速解技巧】 ∆G=∆H-T∆S ∆G＜0，反应能自发进行；∆G=0，反应处于平衡状态；∆G＞0，反应不能自发进行。 6．（26-27高二上·福建龙岩·阶段检测）根据已知条件，对化学反应的判断正确的是 化学反应 已知条件 判断 A 一定条件下反应正向自发进行 B为气体 B 一定为非自发反应 C 一定条件下反应正向自发进行 一定存在 D 高温下反应能自发进行 【答案】A 【解析】A．反应自发的判据为，该反应，若反应正向自发进行必须满足，热力学温度，故，则B为气体，A正确； B．该反应，结合，高温条件下可满足，反应可以自发进行，并非一定为非自发反应，B错误； C．该反应，若（即），低温条件下也可满足实现自发进行，不一定存在，C错误； D．该反应气体计量数减小，，结合，温度越高越易大于0，故高温下反应不能自发进行，D错误； 故答案选A。 7．（26-27高二上·宁夏银川·阶段检测）一氯胺（）常用作饮用水消毒剂，制备原理是，。已知：键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，几种化学键的键能如下表所示。下列叙述错误的是 化学键 N—H Cl—Cl N—Cl H—Cl 键能/ 391 191 431 A．表中 B．合成一氯胺的正反应在较高温度下能自发进行 C．当上述反应在一定条件下达平衡时，各物质浓度相等 D．适当增大氨气与氯气的投料比，可提高氯气的平衡转化率 【答案】C 【解析】A．反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能。扣除反应前后相同的N—H键，生成1 mol一氯胺的净变化相当于断裂1 mol N—H键和1 mol Cl—Cl键，同时形成1 mol N—Cl键和1 mol H—Cl键。因此，解得，A正确； B．该反应的、，根据反应自发进行的判据，该反应在足够高的温度下能自发进行，B正确； C．反应达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度保持不变，但各物质的浓度不一定相等，C错误； D．在其他条件相同时，适当增大氨气相对于氯气的投料量，平衡向生成一氯胺的方向移动，有利于氯气进一步反应，从而提高氯气的平衡转化率，D正确； 故选C。 8．将SiCl4转化为SiHCl3有三种途径，其反应原理如下： ① ② ③ 已知：反应的与温度的关系如图1所示；反应②在不同温度下反应相同的时间，SiCl4的转化率随温度变化关系如图2所示。 下列说法错误的是 A．反应①自发进行的最低温度是 B．温度升高，反应③的平衡常数K变小 C．图2中反应速率： D．图2中A、B、C三点对应温度下的平衡常数K： 【答案】D 【解析】A．反应自发进行需要，由图1可知反应①的在1000℃时接近0，温度高于1000℃时，可近似认为最低自发温度为1000℃，A正确； B．根据盖斯定律，反应③=反应②-反应①，故，已知、，因此，反应③为放热反应，温度升高平衡逆向移动，平衡常数变小，B正确； C．反应速率随温度升高而增大，C点温度高于A点，故，C正确； D．反应②的，为放热反应，平衡常数仅与温度有关，温度越高越小，三点温度满足，因此平衡常数，D错误； 故本题选D。 9．（26-27高二上·河南周口·阶段检测）汽车尾气的治理有利于保护环境，其原理为，在、下，，。下列说法中正确的是 A．该反应在室温条件下不可自发进行 B．汽车尾气中的会与人体血红蛋白结合导致人中毒 C．是酸性氧化物 D．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量 【答案】B 【解析】A．根据吉布斯自由能公式，代入数据得，室温下可自发进行，A错误； B．与人体血红蛋白的亲和力远高于，会导致血红蛋白无法运输氧气，使人中毒，B正确； C．酸性氧化物是能与碱反应只生成盐和水的氧化物，不能与碱反应生成对应的盐，属于不成盐氧化物，不是酸性氧化物，C错误； D．该反应，为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，D错误； 故选B。 10．（26-27高二上·河南周口·阶段检测）CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）是我国落实“双碳”战略的关键前沿技术，可将捕集的资源化转化为合成气、烯烃等高附加值化工产品；与此同时，硫酸工业革新、工业含硫烟气净化，也离不开反应热力学与动力学理论指导。结合催化领域科研成果，回答下列问题： （1）甲烷-二氧化碳干重整是CCUS技术中制备合成气的重要途径，发生反应： 。 已知时，反应能自发进行。 ①该反应的___________。（填“>”或“<”） ②若让该反应能自发进行，你认为应选择__________。（填“高温”、“低温”或“任何温度”）该反应的平衡常数表达式_______________。 （2）我国科学家研发双催化剂协同CCUS工艺，将捕集得到的转化为基础化工原料乙烯；先利用催化剂将转化为（*表示吸附态）和，再经过一系列的反应形成，该过程能量与反应进程的关系如图所示。 ①该反应进程中，稳定性最强的含碳中间体是_______________。 ②CO的自由能__________（填“大于”或“小于”）吸附态的自由能。 （3）钒基催化剂是硫酸工业升级、工业含硫烟气资源化处理的核心催化材料，发生核心反应： ①当投料比一定，分别在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图1所示。该反应的___________（填“>”或“<”），在、时的平衡转化率=__________。 ②俄国科学家I.K.波列斯科夫在实验的基础上得出在某种钒催化剂作用下，发生反应：，生成的净速率方程： （、分别为正逆反应的速率常数，二者均随温度的升高而增大）。 催化氧化反应的平衡常数__________（用含、的代数式表示）。 ③投料比一定，当控制的转化率不变时，生成的净速率随温度变化如图2所示，而非单调增大。结合上述速率方程分析其原因为_______________________________________________________。 【答案】（1） > 高温   （2） 大于 （3） < 97.5% 投料比一定，当的转化率不变时，体系组成一定，温度升高，、均增大，低温范围，的大小由决定；高温范围，的大小由决定。 【解析】（1）①该反应的正反应是一个气体分子数增加的反应（从2摩尔气体生成4摩尔气体），混乱度增加，因此熵变。 ②已知反应能自发进行的条件是。该反应 ，且，要使 ，必须在“高温”条件下才能实现。根据化学平衡常数的定义，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值即为平衡常数，故。 （2）①在能量与反应进程的关系图中，物质的自由能越低，其状态越稳定。观察图象可知，在所有含碳中间体中， 对应的自由能最低，因此它是最稳定的含碳中间体。 ②观察图像起始阶段，由状态变为时，体系的自由能下降。这说明气态转化为吸附态 是一个释放能量（自由能降低）的过程，因此气态的自由能大于吸附态的自由能。 （3）①由图1可知，在相同压强下，随着温度升高，的平衡转化率逐渐降低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应，故。 该反应正向是气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，转化率增大，因此压强大小关系为。已知 ，则对应。查图1可知，在曲线、时，对应的纵坐标值为即平衡转化率为97.5%。 ②达到化学平衡时，生成 的净速率 。代入速率方程得：，移项整理得：，根据平衡常数定义，故 ③净速率方程由正反应速率项和逆反应速率项组成。温度升高，和均增大。在温度较低时，体系远离平衡，正反应占主导，的增大使得正反应速率增加较快，净速率呈上升趋势；当温度继续升高时，由于该反应为放热反应，平衡常数减小（即 减小），说明随温度升高的增大倍数大于，逆反应速率的增加占据了主导地位，从而导致生成 的净速率反而下降。 考法三 工业合成氨的条件选择 【速解技巧】 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa 温度 原理分析 ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去 将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应) 11．（25-26高二上·广东广州·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，  。在合成氨的实际生产中，以下措施不能用平衡移动原理解释的是 A．选定的温度为500℃高温 B．采用的压强为30 MPa高压 C．及时补充和 D．采用迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨 【答案】A 【解析】A．合成氨反应的，升高温度平衡逆向移动，不利于生成，选定500℃是为了使催化剂活性达到最佳、加快反应速率，不能用平衡移动原理解释，A符合题意； B．该反应正反应为气体总物质的量减小的反应，增大压强平衡正向移动，有利于生成，30 高压可以用平衡移动原理解释，B不符合题意； C．及时补充和，反应物浓度增大，平衡正向移动，有利于生成，可以用平衡移动原理解释，C不符合题意； D．迅速冷却使气态氨变为液氨，生成物浓度降低，平衡正向移动，有利于生成，可以用平衡移动原理解释，D不符合题意； 故答案选A。 12．（25-26高二上·湖北·期末）工业合成氨使用铁触媒作催化剂时，反应的速率方程为，下列说法错误的是 A．投料时，适当过量可提高的转化率，但的转化率减小 B．考虑综合经济效益，合成氨一般选择400～500℃进行，主要因为铁触媒的活性最大 C．及时分离出，能提高反应物转化率但会降低反应速率，影响日产量 D．原料气进入合成塔前必须经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生 【答案】C 【解析】A．合成氨反应为，氮气与氢气按1∶3的物质的量之比反应。投料时，氮气相对过量。适当增加氮气的用量，平衡向生成氨的方向移动，可提高氢气的转化率，但过量氮气自身的转化率减小，A正确； B．工业合成氨需要兼顾反应速率、平衡转化率和生产成本。采用铁触媒时，通常选择400～500℃，主要是因为铁触媒在这一温度范围内活性最大，有利于获得较大的反应速率，B正确； C．及时分离出，使生成物浓度减小，平衡向生成氨的方向移动，能提高反应物的转化率。由题给速率方程可知，在温度及其他物质浓度不变时，反应速率与成反比，减小会增大反应速率，有利于提高日产量，C错误； D．原料气中的某些杂质会使铁触媒中毒，降低其催化活性；若混有氧气，还可能与氢气形成爆炸性混合物。因此，原料气进入合成塔前必须经过净化处理，D正确； 故选C。 13．（25-26高二上·江西·期中）工业合成氨使用铁作催化剂，其作用是吸附N2和H2，使反应易于进行。过程中涉及的微观片段如图所示。下列说法正确的是 A．合成氨的过程为 a→c→d→b→e B．增加铁触媒用量可提高H2的平衡转化率 C．c→b过程需释放能量 D．合成氨时，应向体系中通入稍过量的H2 【答案】C 【分析】图中黑球表示氮原子，白球表示氢原子。a中氮气和氢气处于催化剂表面上方，d中反应物吸附在催化剂表面，c中化学键断裂形成吸附原子，b中形成吸附态氨，e中氨从催化剂表面脱附，因此反应历程为a→d→c→b→e。 【解析】A．由图中各微观片段的物质状态可知，反应历程应为a→d→c→b→e，A错误； B．增加铁催化剂用量只能加快正、逆反应速率，缩短达到平衡所需时间，不改变相同温度下的平衡状态，因而不能提高氢气的平衡转化率，B错误； C．c中氮原子和氢原子吸附在催化剂表面，转化为b中的吸附态氨时形成氮氢键，形成化学键会释放能量，C正确； D．工业合成氨通常使氮气稍过量，即氢气与氮气的物质的量之比略小于3∶1，以提高氢气的利用率，并非通入稍过量的氢气，D错误； 故选C。 14．（26-27高二上·宁夏固原·阶段检测）工业合成氨不仅解决了粮食问题，还为工业、国防和能源领域提供了关键支撑。合成氨的流程图如下，已知 ，下列说法正确的是 A．实验室模拟合成氨气，保持温度、压强不变通入惰性气体，平衡会发生移动，氨气的产率降低 B．步骤②中“加压”不仅可以提高原料的转化率，还加快反应速率，所以生产中压强越大越好 C．合成塔中充入的越多，的转化率越大 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】A 【分析】合成氨是放热、气体分子数减少的反应。步骤①干燥净化：除去杂质，防止催化剂中毒；步骤②加压：增大压强，平衡正向移动，提高氨的产率；步骤③热交换：利用反应放热预热原料气，节约能源；步骤④铁触媒（400-500℃）：催化剂加快反应速率，此温度是催化剂活性最佳温度（虽温度升高平衡逆向，但速率优先）；步骤⑤液化分离：分离出液态NH3，使平衡正向移动，提高原料利用率；步骤⑥循环：未反应的N2、H2循环利用，提高原料转化率。 【解析】A．合成氨是气体分子数减少的反应（正反应Δn<0），恒温恒压下通入惰性气体，容器体积会增大，相当于各反应气体的分压降低，平衡向气体分子数增多的逆反应方向移动，氨气产率降低，A正确； B．加压虽能加快反应速率、使平衡正向移动提升原料转化率，但压强过大对设备耐压要求、动力能耗的成本会大幅提升，工业生产中需要综合成本控制选择合适压强，并非压强越大越好，B错误； C．合成塔中增大H2的充入量，平衡正向移动，会提升N2的转化率，但H2自身的转化率会降低，C错误； D．步骤④使用铁触媒催化剂，催化剂仅能加快反应速率，不会使平衡发生移动，无法提高原料的平衡转化率；步骤⑤液化分离出NH3、步骤⑥将未反应的N2和H2循环送回原料体系，才可以提升原料平衡转化率，D错误； 故选A。 15．（25-26高二上·上海普陀·期中）合成氨  是制备氮肥的重要反应。 （1）下列关于合成氨反应说法正确的是___________。 A．反应过程中存在极性键的断裂和非极性键的形成 B．合成氨是目前自然固氮最重要的途径 C．合成氨反应具有很高的活化能，因此反应的平衡常数很小 D．合成氨反应为放热、熵减的反应，因此低温自发 合成氨工厂制氨的流程如下图所示。 （2）有关该生产流程说法正确的是___________。(不定项) A．利用压缩机进行加压有利于更快更多的生产氨气，因此压强越大越好 B．热交换器的主要作用是冷却进入的原料气，防止催化剂过热 C．冷凝器的作用是将脱附后的氨气液化，使其与氮气和氢气分离 D．通过使用催化剂、升高温度和增大压强等措施，可以提高氨的平衡产率 （3）若想进一步提升单位时间内氨气的产率，可以进行的措施是___________。 A．增大催化剂的表面积 B．将温度从升温至 C．适当减压 D．将温度从降温至常温 （4）合成氨的原料气中含少量，需用亚铜氨溶液处理除去后才能进入压缩机加压，其原因是___________。 （5）亚铜氨溶液去除的反应为：，已知反应的。亚铜氨溶液吸收的适宜条件为___________。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 下图为在铁催化剂下合成氨反应的催化机理和能量图。 （6）反应的决速步是___________。 A．表面反应Ⅰ B．表面反应Ⅱ C．表面反应Ⅲ D．表面反应Ⅳ （7）已知：的键能为，的键能为，则的键能为___________。 时在容积为的恒容密闭容器中充入和，后达到平衡，测得的浓度为。 (8)计算此段时间内的平均反应速率___________。 (9)反应达到平衡时，体系放热___________。(提示：从能量图中可读出反应的焓变) (10)下，在的恒容密闭容器中分别充入、和，则此时该反应的___________。 A．> B．< C．= D．无法确定 【答案】（1）D （2）C （3）A （4）防止铁催化剂中毒 （5）B （6）B （7）436 (8)0.06 (9)18.4 (10)B 【解析】（1）A．反应物和中存在非极性键的断裂，生成物中存在极性键的形成，A错误； B．合成氨是人工固氮的重要途径，自然固氮主要通过雷电或豆科植物根瘤菌完成，B错误； C．活化能大小只影响反应速率，不影响平衡常数大小，C错误； D．该反应，，根据时反应自发，可知该反应在低温下自发进行，D正确； 答案选D。 （2）A．压强越大对设备材料的要求越高，动力消耗越大，并非越大越好，需综合考虑成本，A错误； B．热交换器的作用是利用催化转换器中反应放出的热量预热进入催化转换器的原料气，同时回收反应余热，并非冷却原料气，B错误； C．冷凝器通过降温使沸点较高的氨气液化，从而将其与未反应的和分离，C正确； D．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率；且该反应为放热反应，升高温度会使平衡逆向移动，降低氨的平衡产率，D错误； 答案选C； （3）A．增大催化剂的表面积可以增加反应物与催化剂的接触面积，从而加快反应速率，提升单位时间内氨气的产率，A正确； B．升温至虽能加快速率，但会导致催化剂失去活性，且平衡严重逆向移动，实际产率反而下降，B错误； C．适当减压会降低反应物浓度，减慢反应速率，C错误； D．降温至常温会大幅减慢反应速率，D错误； 答案选A； （4）合成氨使用的铁催化剂容易被等杂质气体毒化而失去催化活性，因此必须在进入合成塔前用亚铜氨溶液除去，防止催化剂中毒。 （5）该吸收反应的正反应是一个气体分子数减少的放热反应()。为了使平衡正向移动以提高的吸收效率，应采取低温(有利于放热方向)和高压(有利于气体体积减小的方向)的条件，故选B。 （6）在多步反应中，活化能最大(即过渡态能量最高)的一步决定了整个反应的速率。从能量图中可以看出，表面反应II的活化能最大，因此表面反应II是该反应的决速步，故选B。 （7）由能量图可知， 的焓变。则对于反应，其 。根据公式：，；；解得。 （8）初始时=0.4 mol/L。后，则。根据速率之比等于化学计量数之比，。=0.06； （9）由[7]可知，每消耗1 mol N2放出92 kJ的热量。达到平衡时，消耗的的物质的量为。因此体系放出的热量为。 （10）首先计算时的平衡常数：平衡时c(N2)=0.3 mol/L，c(H2) ，。。新条件下各物质的浓度为：c(N2)=1mol/L，c(H2)=0.5mol/L，。此时的浓度商 。因为 ，所以反应逆向进行，即 。根据速率关系，。因为 ，所以 ，故选B。 考法四 工业生产中适宜生产条件的选择 【速解技巧】 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 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 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 16．（24-25高二上·北京顺义·期末）工业制硫酸中的重要步骤之一是：  。下列措施中，主要目的是为了提高平衡产率的是 A．采用常压而非高压 B．采用而非低温 C．加入作为催化剂 D．及时分离出 【答案】D 【解析】A．该反应为气体分子数减小的反应，高压可使平衡正向移动提高平衡产率，采用常压是出于设备成本、常压下转化率已较高的考量，无法提高平衡产率，A错误； B．该反应为放热反应，低温可使平衡正向移动提高平衡产率，采用是为了保证催化剂活性、加快反应速率，会降低平衡产率，B错误； C．催化剂仅能改变反应速率，不影响平衡状态，无法改变平衡产率，C错误； D．及时分离出，生成物浓度降低，促使平衡正向移动，可提高平衡产率，D正确； 故选D。 17．（24-25高二上·湖南邵阳·期中）工业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下图所示。下列说法不正确的是 A．b点反应速率 B．升高温度，甲醇平衡转化率会增大 C．生产时反应温度控制在为宜 D．平衡常数，反应速率 【答案】B 【解析】A．b点位于转化率随温度升高而增大的阶段，反应未达到平衡，正向进行，因此，A正确； B．由最高点后温度升高CO转化率降低可知，该反应正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，甲醇平衡转化率减小，B错误； C．温度在范围内CO转化率最高，生产效益最优，因此反应温度控制在该范围为宜，C正确； D．该反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，故；温度越高反应速率越快，d点温度高于b点，故，D正确； 故选B。 18．（25-26高二上·安徽安庆·期末）用催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应原理为  。下列说法正确的是 A．仅从平衡角度考虑，高压条件有利于柴油机车尾气的净化 B．使用合适的催化剂可以提高活化分子百分率，增大反应速率 C．上述反应只有在高温下才能正向自发进行 D．为减小柴油机车辆尾气对空气的污染，通入越多越好 【答案】B 【解析】A．该反应气体分子数增加（反应物，生成物），根据勒夏特列原理，高压使平衡向气体分子数减少的方向（逆向）移动，不利于尾气净化，A错误； B．催化剂通过降低活化能，提高活化分子百分率，从而增大反应速率，B正确； C．反应（放热）且（气体分子数增加），，故在任何温度下均自发进行，C错误； D．过量通入可能导致未反应的的排放，造成二次污染，，D错误； 故答案选B。 高频易错题 1．【易错点：片面地从焓判据或熵判据判断反应的方向】（26-27高二上·天津和平·阶段检测）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) >0 它是非自发反应 B W(s)+xG(g)4Q(g) <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 一定小于0 D 4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s) 常温下，自发进行 >0 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【分析】判断反应自发性的核心依据是吉布斯自由能判据：，当时反应可自发进行。 【解析】A．该反应中固体分解生成气体，气体分子数增多，是熵增反应（）；已知，根据，当温度足够高时，的数值可以大于，使，反应可以自发，并非一定是非自发反应，A错误； B．已知反应，、2或3时，正向反应气体物质的量增加，即，任意温度下，反应自发， 因此取1、2、3时，该放热反应都满足自发的条件，预测成立，B正确； C．该反应的反应物气体总物质的量为9，生成物气体总物质的量为10，属于熵增反应（），根据，即使，只要温度足够高，也能让，反应自发，因此不一定小于0，C错误； D．该反应反应物只有1 mol气体，生成物全为固体，属于熵减反应（），若常温下自发，即，代入判据可知必须满足，不可能，D错误； 故选B。 2．【易错点：无法根据自由能公式计算出ΔS】一定压强下，乙烯水合反应为： 已知：， 气体均视为理想气体，下列说法错误的是 A． B．低温有利于该反应自发进行 C．随温度升高而降低 D．反应的活化能： 【答案】D 【解析】A．已知 ，由于热力学温度 ，因此 ，A正确； B．根据，反应自发进行的判据为 。该反应为放热反应（）且熵减反应（），根据公式可知，在低温条件下有利于 ，即低温有利于该反应自发进行，B正确； C．由，，，随着温度 的升高， 增大，导致 随温度升高而降低，C正确； D．反应的焓变与正、逆反应活化能的关系为 。因为该反应是放热反应（），所以正反应活化能小于逆反应活化能，即 ，D错误； 故答案选D。 3．【易错点：高温对合成氨反应是降低转化率】（26-27高二上·黑龙江佳木斯·阶段检测）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。 下列有关合成氨说法不正确的是 A．原料干燥净化可防止催化剂中毒失活 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400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 D．合成氨采用循环操作，主要是为了提高和的利用率 【答案】C 【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．原料气中的杂质会导致催化剂铁触媒中毒失活，干燥净化可除去杂质避免该问题，A正确； B．热交换可利用反应后高温混合气体的热量预热原料气（节约能源），同时冷却含氨气的混合气体，有利于氨气液化分离，B正确； C．合成氨反应为放热反应，选择400~500℃是因为该温度下铁触媒活性最大，可加快反应速率，但升高温度会使平衡逆向移动，平衡转化率降低，并非平衡转化率高，C错误； D．合成氨为可逆反应，反应物不能完全转化，循环操作可将未反应的和重新送入反应器反应，提高原料利用率，D正确； 故选C。 4．【易错点：忽视温度升高反应速率增大，到达平衡时间减少】（24-25高二上·河南信阳·期中）温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 【答案】D 【解析】A．根据表格数据，温度升高，空时收率先增大后减少，空时收率与的质量、反应时间、催化剂的体积三个因素有关，温度越高，建立平衡需要的反应时间越少，不能判断的质量的变化，也就无法判断反应的焓变，A错误； B．根据数据，温度升高，CO的选择性先逐渐降低，后又升高，说明反应温度在时副反应较多，随着温度升高，催化剂活性可能逐渐增强，对CO的选择性又逐渐升高，B错误； C．时，CO的选择性最高，只能说明此时的副反应较少，不能说明CO生成的转化率是否最高，C错误； D．在时空时收率达到最高，CO的选择性也较高，副反应较少，因此工业生成时，选择效果最好，D正确； 故选D。 情境迁移题 1．（24-25高二上·河南驻马店·期末）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。下列说法不正确的是 A．须采用低温高压的反应条件使完全氧化为 B．进入接触室之前的气流，需净化处理，防止催化剂中毒 C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和的转化率 D．在吸收塔中采用浓硫酸吸收以提高吸收率 【答案】A 【解析】A．催化氧化为的反应为可逆反应，无法实现完全转化；且工业生产中考虑反应速率、催化剂活性及生产成本，采用常压、400~500℃的反应条件，无需高压低温，A错误； B．进入接触室的气流若含有杂质，会导致接触室中的催化剂失去活性（催化剂中毒），因此需要净化处理，B正确； C．通入过量空气即增大反应物的浓度，可使平衡正向移动，提高含硫矿石和的转化率，C正确； D．若用水吸收会形成酸雾降低吸收效率，用浓硫酸吸收可避免形成酸雾，提高吸收率，D正确； 故选A。 2．（25-26高二上·四川眉山·阶段检测）已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。下列说法正确的是 A．在1000℃时，TiCl4 (g)＋O2 (g) = TiO2 (s)＋2Cl2(g)不能自发进行 B．在600℃时，TiO2 (s)＋C(s)＋2Cl2 (g)=TiCl4 (g)＋CO2 (g)能自发进行 C．依图可知，在800～1100℃反应2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) △G>0 D．反应2C(s)＋O2(g)=2CO(g)的△S<0 【答案】B 【解析】A．反应是图中的逆反应，1000℃时正反应，故逆反应，能自发进行，A错误； B．目标反应可由图中与相加得到，根据盖斯定律，总反应为两反应之和，600℃时两反应相加后小于0，故能自发进行，B正确； C．反应可由乘以2再，减去得到，计算得800～1100℃时总，C错误； D．反应中气体物质的量增大，混乱度增加，故，D错误； 故选B。 3．（26-27高二上·河北·阶段检测）下列关于化学反应方向和调控的说法错误的是 A．炼铁工业中，增加炼铁高炉的高度无法降低尾气中CO的含量 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 D．合成氨工业中，温度越高，生产效益越好 【答案】D 【解析】A．增加高炉高度不能改变反应体系的温度、气体浓度或者压强等影响反应进行程度的关键因素，因此不能降低尾气中含量，A正确； B．硫酸工业中的催化氧化为可逆反应，通入稍过量的空气（含过量），可使平衡正向移动，提高的转化率，B正确； C．催化剂可降低反应活化能，增大反应速率，单位时间内产物产量提升，因此可提高生产效率，C正确； D．合成氨反应为放热的可逆反应，温度过高会使平衡逆向移动，产率降低，同时会降低催化剂活性，因此不是温度越高生产效益越好，D错误； 故选D。 4．（24-25高二上·山西吕梁·期末）向体积均为1L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入2molX和2molY，不同条件(恒温或绝热)下发生反应：。两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．恒温恒容条件下进行上述反应，密度不变不能作为达到平衡状态的标志 B．该反应任意条件下均能自发进行 C．a点对应的平衡常数大于c点的平衡常数 D．b点对应的Y的转化率为30% 【答案】D 【分析】该反应正反应是气体分子数减少的反应。初始两容器均充入 X和 Y，总气体物质的量为，初始压强均为。甲体系压强先上升后下降，说明反应过程中温度升高、气体受热膨胀的影响超过了物质的量减少的降压效果，因此甲是绝热容器，反应放热（）；乙体系压强持续降低，符合恒温下气体物质的量减少导致压强下降的规律，因此乙是恒温容器。 【解析】A．反应有固体M生成，恒容条件下总气体质量是随反应进行不断变化的，容器体积固定，根据，密度是可变物理量，当密度不变时，说明气体质量不再变化，反应达到平衡，因此密度不变可以作为平衡标志，A错误； B．该反应正反应气体分子数减少，是熵减反应（），结合之前推出的，根据反应自发判据，低温下反应自发，高温下反应非自发，并非任意条件都能自发，B错误； C．平衡常数仅和温度有关。乙是恒温容器，c点温度始终等于初始温度；甲是绝热容器，反应放热，a点的体系温度高于初始温度，也高于c点温度。对于放热反应，温度越高平衡常数越小，因此a点平衡常数小于c点，C错误； D．乙为恒温容器，b点压强为，恒温恒容下压强之比等于气体物质的量之比，初始总气体物质的量为，压强，则b点总气体物质的量。设Y转化了，列三段式：，b点总气体物质的量为，解得，Y的转化率为，D正确； 故选D。 5．（25-26高二上·江西南昌·阶段检测）南京理工大学朱卫华等人提出了一种基于单簇催化剂还原的反应，主要反应如下： i． ii． iii． 在T℃、100 kPa反应条件下，向10 L密闭容器中充入和，发生上述反应，测得含氮元素占比［如的含氮元素占比］与时间的关系如图，95 min时体系达到平衡。 已知：反应ii为快速平衡，可以认为不受慢反应i、iii的影响。 下列说法错误的是 A．反应i的 B．曲线b表示的含氮元素占比 C．0～45 min内，的平均反应速率约为 D．若选择对反应i更高效的催化剂，则G点将移向E点 【答案】D 【分析】充入的含氮物质只有，随着反应进行，不断消耗，因此快速下降的曲线a表示的含氮元素占比。反应ii为快速平衡，反应前期能迅速生成，而生成的反应i较慢，故前期迅速上升的曲线b表示的含氮元素占比，曲线c表示的含氮元素占比。体系中氮元素守恒，始终有，三种物质的含氮元素占比之和为100%，可以据此将图中占比换算为各物质的物质的量。 【解析】A．反应i的气态反应物与气态生成物的化学计量数之和分别为4和3，气体分子数减少，可判断。反应i在题给条件下能够自发正向进行，设该温度对应的热力学温度为，则。由于，所以，A正确； B．反应ii为快速平衡，反应前期与迅速反应生成，使的含氮元素占比迅速增大；随着慢反应继续进行，逐渐减少，逐渐积累。因此，先迅速上升、后逐渐下降的曲线b表示的含氮元素占比，B正确； C．45 min时，曲线b、c相交，和的含氮元素占比均为47%，故的含氮元素占比为。由氮元素守恒，此时剩余的物质的量为，0～45 min内消耗的物质的量为。因此，的平均反应速率为，约为，C正确； D．95 min时体系已经达到平衡，G点对应的平衡含氮元素占比86%。更高效的催化剂能改变反应速率，但不改变平衡常数，在其他条件相同时也不改变最终平衡组成，因此的平衡含氮元素占比仍为86%。E点的纵坐标高于G点，G点不会移向E点，D错误； 故选D。 6．（多选）（24-25高二上·山东东营·期末）工业上，氮气与氢气合成氨的反应是在铁触媒表面进行，反应为，其反应机理表示如图(表示吸附态，中间部分表面反应未标出)： 下列说法正确的是 A．使用铁触媒可提高反应速率 B．液化分离出产物，可以空出活性中心供继续合成氨使用 C．③到④过程中需要吸收能量 D．加压、降温和使用催化剂都可以提高氨的平衡产率 【答案】AB 【解析】A．铁触媒是合成氨反应的催化剂，可降低反应活化能，提高反应速率，A正确； B．液化分离出，可使吸附在催化剂表面的脱附，空出催化剂活性中心，供后续反应物吸附以继续合成氨，B正确； C．③到④过程中和逐步形成键，成键过程释放能量，不需要吸收能量，C错误； D．加压、降温可使平衡正向移动，提高氨的平衡产率，但催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡状态，不能提高平衡产率，D错误； 故选AB。 7．（26-27高二上·宁夏石嘴山·阶段检测）我国是全球合成氨产量最大的国家，工业合成氨的原理为。回答下列问题： （1）合成氨的原料气(、及少量、)需用亚铜氨溶液处理除去其中的，其反应为。亚铜氨溶液吸收的适宜条件为___________(填标号)。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 （2）如图所示，合成氨反应中使用催化剂之后，正反应的活化能为___________已知：加入催化剂后，反应分两步进行，反应的活化能是两个过程中需要吸收能量较大的反应的活化能。 （3）从平衡视角考虑，工业合成氨应该选择常温条件，但实际工业生产却选择左右的高温，其原因是_________________________________________________________________________________。 （4）如图表示、条件下，原料气投料比与平衡时的体积分数的关系。理论上原料气投料比最佳为___________，根据图中点数据计算平衡时体积分数为____________。 （5）合成氨需要选择合适的催化剂，分别选用、、三种催化剂进行实验，所得结果如图所示其他条件相同，则实际生产中适宜选择催化剂__________填“”、“”或“”），理由是___________________________________。 【答案】（1）B （2）126 （3）温度过低反应速率太慢，达平衡时间长、单位时间产量低；500℃时催化剂(铁触媒)活性最大，反应速率快，可显著提高生产效率，故实际选择约500℃ （4） 3 22% （5） A 催化剂A在较低温度下具有较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面低温有利于氨的合成 【解析】（1）吸收CO的反应ΔH<0(放热)，且正反应气体分子数减少。低温、高压均使平衡正向移动，有利于吸收CO。故选B； （2）加入催化剂后，反应分两步进行，反应的活化能是两个过程中需要吸收能量较大的反应的活化能：Ea=126kJ/mol； （3）低温虽有利于提高平衡转化率，但温度过低反应速率太慢，达平衡时间长、单位时间产量低；500℃时催化剂(铁触媒)活性最大，反应速率快，可显著提高生产效率，故实际选择约500℃； （4）理论上原料气按化学计量比投料时NH3平衡体积分数最大，最佳投料比n(H2)/n(N2)=3；设起始加入的物质的量为1 mol，参与反应的的物质的量为，，则，解得平衡时体积分数为； （5）由题可知，A在较低温度下具有较高的催化效率，且合成氨反应是放热反应，低温对氨的合成有利，所以实际生产中适宜选择的催化剂是A。 2 / 24 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 化学反应的方向和调控 概念扫盲题 考法聚焦题 考法一 焓判据和熵判据 考法二 化学反应的方向与自由能的关系 考法三 工业合成氨的条件选择 考法四 工业生产中适宜生产条件的选择 高频易错题 情境迁移题 概念扫盲题 【涉及概念】自发过程、自发反应、焓和焓变、熵和熵变、自由能等。 1．（25-26高二上·河南南阳·期中）下列关于反应的方向，说法正确的是 A．电解水为自发反应 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．焓增熵减的反应一定能自发进行 D．自发反应在恰当条件下才能实现 2．（25-26高二上·河北秦皇岛·阶段检测）下列关于判断过程方向的说法正确的是 A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石的过程是自发过程 C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程 D．干冰升华是吸热过程，常温下是非自发过程 3．（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）下列说法中，正确的是 A．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 B．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 C．能够自发进行的反应一定是放热反应 D．ΔH<0的反应均是自发进行的反应 4．（24-25高二上·四川成都·阶段检测）下列关于焓判据和熵判据的说法中，正确的是 A．吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B．的反应均是自发进行的反应 C．碳酸钙分解为吸热反应，该反应在任何温度下都不能自发进行 D．冰在室温下自动熔化成水，这是熵减的过程 5．（25-26高二上·四川成都·阶段检测）关于化学反应进行的方向，下列叙述正确的是 A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．液态水凝结成冰的过程中，， C．自由能变化的化学反应一定能迅速进行 D．能自发进行的反应一定是熵增的过程 考法聚焦题 考法一 焓判据和熵判据 【速解技巧】 1.焓判据 焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)⇌4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 结论 只用焓判据判断反应是否自发不全面 2.熵判据 熵 定义 度量体系混乱程度的物理量(体系的有序性越高，混乱度越低，熵值越小) 符号 S 影响因素 ①同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。 ②物质组成越复杂，熵值越大。 ③对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多，熵值越大。 ④物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 熵变 定义 物质发生变化时，体系的熵的变化 符号 ΔS 意义 混乱度增加的过程或反应为熵增，ΔS＞0；混乱度减小的过程或反应为熵减，ΔS＜0(产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，熵变为正值ΔS＞0，是熵增反应)；化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行 1．（26-27高二上·浙江·阶段检测）奥地利物理学家Boltzmann首次将熵与混乱度定量地联系起来，在相同的温度和压强下，下列有关熵大小比较正确的是 A．甲烷(g)丁烷(g) B． C． D． 2．（23-24高二上·安徽阜阳·期中）化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是 A．反应的 B．在不同状态时的熵值： C．反应能否自发进行与温度无关 D．或的反应一定能自发进行 3．（26-27高二上·天津河西·阶段检测）已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件下，下列反应不能自发进行的是 A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0 B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)ΔH>0 C．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0 D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH>0 4．（25-26高二上·陕西宝鸡·期末）熵变、焓变可作为反应过程进行方向的判据，下列反应一定有自发倾向的是 A．、 B．、 C．、 D．、 5．（24-25高二上·山西·阶段检测）下列反应中，的是 A． B． C．高温下能自发进行的反应： D．任何温度下均能自发进行的反应： 考法二 化学反应的方向与自由能的关系 【速解技巧】 ∆G=∆H-T∆S ∆G＜0，反应能自发进行；∆G=0，反应处于平衡状态；∆G＞0，反应不能自发进行。 6．（26-27高二上·福建龙岩·阶段检测）根据已知条件，对化学反应的判断正确的是 化学反应 已知条件 判断 A 一定条件下反应正向自发进行 B为气体 B 一定为非自发反应 C 一定条件下反应正向自发进行 一定存在 D 高温下反应能自发进行 7．（26-27高二上·宁夏银川·阶段检测）一氯胺（）常用作饮用水消毒剂，制备原理是，。已知：键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，几种化学键的键能如下表所示。下列叙述错误的是 化学键 N—H Cl—Cl N—Cl H—Cl 键能/ 391 191 431 A．表中 B．合成一氯胺的正反应在较高温度下能自发进行 C．当上述反应在一定条件下达平衡时，各物质浓度相等 D．适当增大氨气与氯气的投料比，可提高氯气的平衡转化率 8．将SiCl4转化为SiHCl3有三种途径，其反应原理如下： ① ② ③ 已知：反应的与温度的关系如图1所示；反应②在不同温度下反应相同的时间，SiCl4的转化率随温度变化关系如图2所示。 下列说法错误的是 A．反应①自发进行的最低温度是 B．温度升高，反应③的平衡常数K变小 C．图2中反应速率： D．图2中A、B、C三点对应温度下的平衡常数K： 9．（26-27高二上·河南周口·阶段检测）汽车尾气的治理有利于保护环境，其原理为，在、下，，。下列说法中正确的是 A．该反应在室温条件下不可自发进行 B．汽车尾气中的会与人体血红蛋白结合导致人中毒 C．是酸性氧化物 D．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量 10．（26-27高二上·河南周口·阶段检测）CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）是我国落实“双碳”战略的关键前沿技术，可将捕集的资源化转化为合成气、烯烃等高附加值化工产品；与此同时，硫酸工业革新、工业含硫烟气净化，也离不开反应热力学与动力学理论指导。结合催化领域科研成果，回答下列问题： （1）甲烷-二氧化碳干重整是CCUS技术中制备合成气的重要途径，发生反应： 。 已知时，反应能自发进行。 ①该反应的___________。（填“>”或“<”） ②若让该反应能自发进行，你认为应选择__________。（填“高温”、“低温”或“任何温度”）该反应的平衡常数表达式_______________。 （2）我国科学家研发双催化剂协同CCUS工艺，将捕集得到的转化为基础化工原料乙烯；先利用催化剂将转化为（*表示吸附态）和，再经过一系列的反应形成，该过程能量与反应进程的关系如图所示。 ①该反应进程中，稳定性最强的含碳中间体是_______________。 ②CO的自由能__________（填“大于”或“小于”）吸附态的自由能。 （3）钒基催化剂是硫酸工业升级、工业含硫烟气资源化处理的核心催化材料，发生核心反应： ①当投料比一定，分别在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图1所示。该反应的___________（填“>”或“<”），在、时的平衡转化率=__________。 ②俄国科学家I.K.波列斯科夫在实验的基础上得出在某种钒催化剂作用下，发生反应：，生成的净速率方程： （、分别为正逆反应的速率常数，二者均随温度的升高而增大）。 催化氧化反应的平衡常数__________（用含、的代数式表示）。 ③投料比一定，当控制的转化率不变时，生成的净速率随温度变化如图2所示，而非单调增大。结合上述速率方程分析其原因为_______________________________________________________。 考法三 工业合成氨的条件选择 【速解技巧】 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa 温度 原理分析 ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 浓度 原理分析 在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低 采取措施 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去 将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应) 11．（25-26高二上·广东广州·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，  。在合成氨的实际生产中，以下措施不能用平衡移动原理解释的是 A．选定的温度为500℃高温 B．采用的压强为30 MPa高压 C．及时补充和 D．采用迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨 12．（25-26高二上·湖北·期末）工业合成氨使用铁触媒作催化剂时，反应的速率方程为，下列说法错误的是 A．投料时，适当过量可提高的转化率，但的转化率减小 B．考虑综合经济效益，合成氨一般选择400～500℃进行，主要因为铁触媒的活性最大 C．及时分离出，能提高反应物转化率但会降低反应速率，影响日产量 D．原料气进入合成塔前必须经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生 13．（25-26高二上·江西·期中）工业合成氨使用铁作催化剂，其作用是吸附N2和H2，使反应易于进行。过程中涉及的微观片段如图所示。下列说法正确的是 A．合成氨的过程为 a→c→d→b→e B．增加铁触媒用量可提高H2的平衡转化率 C．c→b过程需释放能量 D．合成氨时，应向体系中通入稍过量的H2 14．（26-27高二上·宁夏固原·阶段检测）工业合成氨不仅解决了粮食问题，还为工业、国防和能源领域提供了关键支撑。合成氨的流程图如下，已知 ，下列说法正确的是 A．实验室模拟合成氨气，保持温度、压强不变通入惰性气体，平衡会发生移动，氨气的产率降低 B．步骤②中“加压”不仅可以提高原料的转化率，还加快反应速率，所以生产中压强越大越好 C．合成塔中充入的越多，的转化率越大 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 15．（25-26高二上·上海普陀·期中）合成氨  是制备氮肥的重要反应。 （1）下列关于合成氨反应说法正确的是___________。 A．反应过程中存在极性键的断裂和非极性键的形成 B．合成氨是目前自然固氮最重要的途径 C．合成氨反应具有很高的活化能，因此反应的平衡常数很小 D．合成氨反应为放热、熵减的反应，因此低温自发 合成氨工厂制氨的流程如下图所示。 （2）有关该生产流程说法正确的是___________。(不定项) A．利用压缩机进行加压有利于更快更多的生产氨气，因此压强越大越好 B．热交换器的主要作用是冷却进入的原料气，防止催化剂过热 C．冷凝器的作用是将脱附后的氨气液化，使其与氮气和氢气分离 D．通过使用催化剂、升高温度和增大压强等措施，可以提高氨的平衡产率 （3）若想进一步提升单位时间内氨气的产率，可以进行的措施是___________。 A．增大催化剂的表面积 B．将温度从升温至 C．适当减压 D．将温度从降温至常温 （4）合成氨的原料气中含少量，需用亚铜氨溶液处理除去后才能进入压缩机加压，其原因是___________。 （5）亚铜氨溶液去除的反应为：，已知反应的。亚铜氨溶液吸收的适宜条件为___________。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 下图为在铁催化剂下合成氨反应的催化机理和能量图。 （6）反应的决速步是___________。 A．表面反应Ⅰ B．表面反应Ⅱ C．表面反应Ⅲ D．表面反应Ⅳ （7）已知：的键能为，的键能为，则的键能为___________。 时在容积为的恒容密闭容器中充入和，后达到平衡，测得的浓度为。 (8)计算此段时间内的平均反应速率___________。 (9)反应达到平衡时，体系放热___________。(提示：从能量图中可读出反应的焓变) (10)下，在的恒容密闭容器中分别充入、和，则此时该反应的___________。 A．> B．< C．= D．无法确定 考法四 工业生产中适宜生产条件的选择 【速解技巧】 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 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 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 16．（24-25高二上·北京顺义·期末）工业制硫酸中的重要步骤之一是：  。下列措施中，主要目的是为了提高平衡产率的是 A．采用常压而非高压 B．采用而非低温 C．加入作为催化剂 D．及时分离出 17．（24-25高二上·湖南邵阳·期中）工业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下图所示。下列说法不正确的是 A．b点反应速率 B．升高温度，甲醇平衡转化率会增大 C．生产时反应温度控制在为宜 D．平衡常数，反应速率 18．（25-26高二上·安徽安庆·期末）用催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应原理为  。下列说法正确的是 A．仅从平衡角度考虑，高压条件有利于柴油机车尾气的净化 B．使用合适的催化剂可以提高活化分子百分率，增大反应速率 C．上述反应只有在高温下才能正向自发进行 D．为减小柴油机车辆尾气对空气的污染，通入越多越好 高频易错题 1．【易错点：片面地从焓判据或熵判据判断反应的方向】（26-27高二上·天津和平·阶段检测）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) >0 它是非自发反应 B W(s)+xG(g)4Q(g) <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 一定小于0 D 4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s) 常温下，自发进行 >0 2．【易错点：无法根据自由能公式计算出ΔS】一定压强下，乙烯水合反应为： 已知：， 气体均视为理想气体，下列说法错误的是 A． B．低温有利于该反应自发进行 C．随温度升高而降低 D．反应的活化能： 3．【易错点：高温对合成氨反应是降低转化率】（26-27高二上·黑龙江佳木斯·阶段检测）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。 下列有关合成氨说法不正确的是 A．原料干燥净化可防止催化剂中毒失活 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400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 D．合成氨采用循环操作，主要是为了提高和的利用率 4．【易错点：忽视温度升高反应速率增大，到达平衡时间减少】（24-25高二上·河南信阳·期中）温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 情境迁移题 1．（24-25高二上·河南驻马店·期末）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。下列说法不正确的是 A．须采用低温高压的反应条件使完全氧化为 B．进入接触室之前的气流，需净化处理，防止催化剂中毒 C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和的转化率 D．在吸收塔中采用浓硫酸吸收以提高吸收率 2．（25-26高二上·四川眉山·阶段检测）已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。下列说法正确的是 A．在1000℃时，TiCl4 (g)＋O2 (g) = TiO2 (s)＋2Cl2(g)不能自发进行 B．在600℃时，TiO2 (s)＋C(s)＋2Cl2 (g)=TiCl4 (g)＋CO2 (g)能自发进行 C．依图可知，在800～1100℃反应2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) △G>0 D．反应2C(s)＋O2(g)=2CO(g)的△S<0 3．（26-27高二上·河北·阶段检测）下列关于化学反应方向和调控的说法错误的是 A．炼铁工业中，增加炼铁高炉的高度无法降低尾气中CO的含量 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 D．合成氨工业中，温度越高，生产效益越好 4．（24-25高二上·山西吕梁·期末）向体积均为1L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入2molX和2molY，不同条件(恒温或绝热)下发生反应：。两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．恒温恒容条件下进行上述反应，密度不变不能作为达到平衡状态的标志 B．该反应任意条件下均能自发进行 C．a点对应的平衡常数大于c点的平衡常数 D．b点对应的Y的转化率为30% 5．（25-26高二上·江西南昌·阶段检测）南京理工大学朱卫华等人提出了一种基于单簇催化剂还原的反应，主要反应如下： i． ii． iii． 在T℃、100 kPa反应条件下，向10 L密闭容器中充入和，发生上述反应，测得含氮元素占比［如的含氮元素占比］与时间的关系如图，95 min时体系达到平衡。 已知：反应ii为快速平衡，可以认为不受慢反应i、iii的影响。 下列说法错误的是 A．反应i的 B．曲线b表示的含氮元素占比 C．0～45 min内，的平均反应速率约为 D．若选择对反应i更高效的催化剂，则G点将移向E点 6．（多选）（24-25高二上·山东东营·期末）工业上，氮气与氢气合成氨的反应是在铁触媒表面进行，反应为，其反应机理表示如图(表示吸附态，中间部分表面反应未标出)： 下列说法正确的是 A．使用铁触媒可提高反应速率 B．液化分离出产物，可以空出活性中心供继续合成氨使用 C．③到④过程中需要吸收能量 D．加压、降温和使用催化剂都可以提高氨的平衡产率 7．（26-27高二上·宁夏石嘴山·阶段检测）我国是全球合成氨产量最大的国家，工业合成氨的原理为。回答下列问题： （1）合成氨的原料气(、及少量、)需用亚铜氨溶液处理除去其中的，其反应为。亚铜氨溶液吸收的适宜条件为___________(填标号)。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 （2）如图所示，合成氨反应中使用催化剂之后，正反应的活化能为___________已知：加入催化剂后，反应分两步进行，反应的活化能是两个过程中需要吸收能量较大的反应的活化能。 （3）从平衡视角考虑，工业合成氨应该选择常温条件，但实际工业生产却选择左右的高温，其原因是_________________________________________________________________________________。 （4）如图表示、条件下，原料气投料比与平衡时的体积分数的关系。理论上原料气投料比最佳为___________，根据图中点数据计算平衡时体积分数为____________。 （5）合成氨需要选择合适的催化剂，分别选用、、三种催化剂进行实验，所得结果如图所示其他条件相同，则实际生产中适宜选择催化剂__________填“”、“”或“”），理由是___________________________________。 2 / 24 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 $