大单元四　第十一章　第49讲　化学反应的方向与调控-2025年高中化学大一轮复习讲义人教版

第49讲化学反应的方向与调控[复习目标]1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。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。考点一化学反应的方向1．自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。2．熵和熵变的含义(1)熵的含义度量体系混乱程度的物理量，符号为____。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一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ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应____________。3．判断化学反应方向的判据ΔG＝ΔH－TΔSΔG<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。1．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同()2．非自发反应，一定条件下也能使其反应发生()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()综合判断化学反应的自发性1．(2022·浙江1月选考，20)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)=An＋(aq)＋Bn－(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零2．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：______________________________________________________________________________________________________________。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是______________________________________________________________________________________________。(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝＋218kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。3．[2022·湖南，17(1)]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。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是__________。A．C(s)＋O2(g)=CO2(g)B．2C(s)＋O2(g)=2CO(g)C．TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋CO2(g)考点二化学反应的调控——工业合成氨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。一、工业合成氨适宜条件选择1．如图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题：(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率？哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？简述理由。_______________________________________________________________________________③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？_______________________________________________________________________________(3)合成氨时选择500℃而不采用常温主要考虑什么因素？_______________________________________________________________________________(4)合成氨时一般采用的压强为10MPa～30MPa的原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？_______________________________________________________________________________外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选择压强温度适宜温度，700K左右催化剂使用铁触媒做催化剂(为防止催化剂中毒，原料气要净化处理)浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，将氨及时地从混合气中分离出来二、综合分析其他工业生产的适宜条件2．钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)ΔH>0。该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表：压强/kPa13.3353.32101.3K的沸点/℃590710770Na的沸点/℃700830890NaCl的沸点/℃－－1437KCl的沸点/℃－－1465(1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。(2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是________________________________________________________________________________________________________。(3)常压下，当反应温度升高到900℃时，该反应的平衡常数可表示为____________________________________________________________________________________________________。3．(2023·河南新乡模拟)甲烷化反应即为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环利用。已知涉及的反应如下：反应Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH1＝－206.2kJ·mol－1反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2反应Ⅲ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－165.0kJ·mol－1积碳反应(CO的歧化反应和CH4的裂解反应是催化剂积碳的主要成因)：2CO(g)CO2(g)＋C(s)(反应Ⅳ)；CH4(g)C(s)＋2H2(g)(反应Ⅴ)。回答下列问题：(1)ΔH2＝________kJ·mol－1。(2)在360℃时，在固定容积的容器中进行上述反应(不考虑积碳反应)，平衡时CO和H2的转化率及CH4和CO2的产率随eq\f(nH2,nCO)变化的情况如图1所示。①图中表示CO转化率、CH4产率变化的曲线分别是________、________(填字母)，A、C两点eq\f(nH2,nCO)的值相同，C点通过改变温度达到A点，则A、B、C三点温度由大到小的顺序是______________。②按eq\f(nH2,nCO)＝3∶1向恒容容器内投料，初始压强为p0，若仅发生Ⅰ、Ⅱ两个反应，达到平衡时总压为eq\f(3p0,4)，CO的平衡转化率为a，则CH4的选择性＝________%[CH4的选择性＝eq\f(nCH4,nCO2＋nCH4)×100%]；反应Ⅰ的Kp＝________________(用平衡分压表示