专题04 化学反应的方向和调控（考点清单）（讲+练）-2024-2025学年高二化学上学期期中考点大串讲（人教版2019选择性必修1）

专题04化学反应的方向和调控考点01化学反应的方向考点02化学反应的调控▉考点01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。自发过程和自发反应的区别自发过程自发反应含义在一定条件下，不用借助外力，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【易错警示】（1）不能认为自发反应都是不需要任何条件就能发生的，自发反应的“一定的条件”，可以是一定的温度和压强，可以是“点燃、光照、加热、高温”等给反应物提供能量的条件，“外界帮助”指通电、放电等，如氢气的燃烧是自发的通过需点燃才能发生；也不能认为非自发反应在任何条件下都是不能发生的，如NaCl在通电条件可分解生成Na和Cl2。（2）不能认为自发反应应用普通，非自发反应没有应用价值。将电能、热能转化为化学能的许多非自发反应是制备物质的重要反应，如电解法去冶炼钠、镁、铝和制取氯气等。（3）反应能否自发进行与反应速率无关。2．熵和熵变的含义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3．自由能与化学反应的方向（1）自由能变化符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。（2）自由能变化与焓变、熵变的关系ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变、熵变有关，还与温度有关。（3）反应方向与自由能的关系ΔHΔSΔH－TΔS反应情况＜0＞0永远是负值在任何温度下过程均自发进行＞0＜0永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＞0＞0低温为正低温时非自发高温为负高温时自发＜0＜0低温为负低温时自发高温为正高温时非自发4．判断化学反应方向的判据（1）复合判据：ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0时，反应能自发进行；ΔG＝0时，反应处于平衡状态；ΔG>0时，反应不能自发进行。（2）温度对反应方向的影响▉考点02化学反应的调控1．合成氨反应的特点合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1自发性常温(298K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行可逆性反应为可逆反应焓变ΔH＜0，是放热反应体积变化(熵变)ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。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反应速率增大反应物浓度升高温度增大压强使用提高平衡混合物中中氨的含量增大反应物浓度，降低生成物浓度降低温度增大压强无影响3．数据分析在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。4．工业合成氨的适宜条件压强原理分析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30MPa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)5．工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强10～30MPa温度400～500℃催化剂使用铁触媒作催化剂浓度氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H26．合成氨的工艺流程7.工业生产中适宜生产条件的选择思路（1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。（2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。（3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。（4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。影响因素有利于加快反应速率的控制有利于平衡移动条件的控制综合分析结果浓度增大反应物浓度增大反应物浓度、减小生成物浓度不断补充反应物、及时分离出生成物压强高压(有气体参加)ΔV<0高压设备条件允许的前提下，尽量采取高压ΔV>0低压兼顾速率和平衡、选取适宜的压强温度高温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，尽量采取高温并选取合适催化剂催化剂加合适的催化剂无影响加合适的催化剂，考虑催化剂活性与温度关系【归纳总结】（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）催化剂的活性与“中毒”催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。1．下列说法正确的是A．吸热反应不可以自发进行B．同种物质固态时，熵值最大C．能够自发进行的反应一定是熵增的过程D．铁在潮湿的空气中生锈的过程是自发的【答案】D【解析】A．吸热反应有时也可以自发进行，如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应，在常温下能够自发进行，A错误；B．同种物质的熵值大小：气态＞液态＞固态，因此同种物质固态时，熵值最小，气态时熵值最大，B错误；C．反应自发进行的条件是△H-T△S＜0，反应能否自发进行与焓变、熵变和反应温度有关，能够自发进行的反应不一定是熵增的过程，只有满足△H-T△S＜0的过程才是自发的，C错误；D．铁在潮湿空气中生锈，发生的是钢铁的吸氧腐蚀，是自发进行的放热反应，D正确；故合理选项是D。2．以下说法中正确的是A．所有∆H<0的反应均是自发反应B．高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程C．冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程D．自发进行的反应一定能迅速进行【答案】C【解析】A．高温条件下熵减的放热反应的∆H—T∆S＞0，反应不能自发进行，故A错误；B．高锰酸钾受热分解生成氧气的反应是一个熵增的反应，故B错误；C．冰在室温下自动熔化成水是一个混乱度增大的熵增的过程，故C正确；D．反应能否自发进行与反应速率无关，则自发进行的反应不一定能迅速进行，如氢气和氧气在常温下化合成水是一个自发反应，但是反应速率非常慢，实际上是不能发生的，故D错误；故选C。3．关于化学反应进行的方向叙述正确的是A．，时，反应自发进行，如金属钠和水的反应B．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的C．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小D．过程的自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程是否一定能迅速发生【答案】A【解析】A．金属钠和水的反应放热、熵增大，，，，所以反应自发进行，故A正确；B．熵变、焓变共同决定反应方向，放热反应不一定都能自发进行，吸热反应不一定不能自发进行，故B错误；C．熵变、焓变共同决定反应方向，自发反应不一定熵增大，非自发反应不一定熵减小，故C错误；D．过程的自发性能用于判断过程的方向，但自发反应过程不一定能迅速发生，故D错误；选A。4．下列与熵有关的叙述中不正确的是A．粒子无规则排列程度越大，体系的熵越大B．自发进行的化学反应都是熵增的过程C．绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行D．【答案】B【解析】A．熵是衡量体系混乱度的物理量，粒子无规则排列程度越大，混乱度越大，熵越大，A正确；B．反应倾向于向熵增方向进行，只要满足吉布斯自由能小于零，如放热反应，熵减也可能满足吉布斯自由能小于零，反应自发进行，B错误；C．反应倾向于向熵增方向进行，故绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行，C正确；D．相同状况下的不同分子原子数越多越乱，乙烷中原子数多，混乱度大，熵大，D正确；故选B。5．下列反应在任何温度下都不能自发进行的是A． B．C． D．【答案】D【解析】ΔH-TΔS<0，可发生自发反应，据此分析解题。A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0，ΔS>0，任何温度下均有ΔH-TΔS<0，任何温度下均能自发进行，A正确；B．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH>0，ΔS>0，较高温度时，ΔH-TΔS<0，即高温时能自发进行，B正确；C．N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH<0，ΔS<0，较低温度时，ΔH-TΔS<0，即较低温度时能自发进行，C正确；D．2CO(g)=2C(s)+O2(g)ΔH>0，ΔS<0，任何温度下均有ΔH-TΔS>0，即任何温度下均不能自发进行，D错误；答案选D。6．下列说法正确的是A．放热反应均是自发反应B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)已知△H>0，△S<0则一定不能自发进行C．物质的量增加的反应，△S为正值D．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深，能用勒夏特列原理解释【答案】B【解析】A．△G=△H-T△S<0的反应可自发进行，放热反应不一定为自发进行的反应，与焓变和熵变有关，A错误；B．△G=△H-T△S<0的反应可自发进行，当△H>0，△S<0时，△G>0，反应一定不能自发进行，B正确；C．对于有气体参加的反应，气体体积增大的反应，△S为正值，不能简单分析物质的量增加，需排除固体和液体的化学计量数，C错误；D．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深，与浓度增大有关，平衡不移动，则不能用勒夏特列原理解释，D错误；答案选B。7．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径【答案】C【解析】由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。8．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列叙述正确的是A．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量大于1mol氢分子所具有的能量B．当v(CO2)=2v(CH3CH2OH)时，反应一定达到平衡状态C．移去水蒸气，可增大正反应速率D．恒压，充入惰性气体，化学反应速率增大【答案】A【解析】A．氢原子结合生成氢气分子，氢原子之间形成化学键释放能量，则2mol氢原子所具有的能量高于1mol氢分子所具有的能量，A正确；B．未指出反应速率的正、逆，因此不能判断反应是否处于平衡状态，B错误；C．移去水蒸气的瞬间，正反应速率不变，逆反应速率减小，由于正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正向移动，反应物浓度减小，正反应速率减小，C错误；D．恒压，充入惰性气体，则容器体积增大，反应体系中各气体物质的浓度减小，反应速率减慢，D错误；答案选A。9．合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

△H=-92.4kJ·mol-1。下列说法正确的是A．合成氨反应在任何温度下都能自发B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJC．合成氨实际生产中选择高压和低温D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气【答案】D【解析】A．合成氨时放热且熵减的反应，根据∆G=∆H-T∆S＜0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；B．该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1molN2与过量H2充分反应放热小于92.4kJ，B错误；C．为了加快反应速率，实际生产中选择高压(10-20MPa)和高温(400℃-500℃)，C错误；D．氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应器中反应，循环利用，D正确；故选D。10．一定条件下，关于工业合成氨的反应，图甲表示该反应过程中的能量变化，图乙表示1L密闭容器中n(N2)随时间的变化曲线，图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始时n(H2)对该平衡的影响。下列说法正确的是A．甲：升高温度，该反应的平衡常数增大B．乙：从11min起其他条件不变，压缩容器的体积，则n(N2)的变化曲线为dC．乙：10min内该反应的平均速率v(H2)=0.03mol·L-1·min-1D．丙：温度T1＜T2，a、b、c三点所处的平衡状态中，b点N2的转化率最高【答案】B【解析】A．由图象甲分析，反应是放热反应，升高温度化学平衡逆向移动，则升高温度，该反应的平衡常数减小，故A错误；B．其他条件不变，压缩容器的体积，氮气的物质的量不变，平衡正移，氮气然后逐渐减少，由图可知，n(N2)的变化曲线为d，故B正确；C．由图乙信息，10min内氮气减少了0.3mol，则氮气的速率的为，氢气的速率为0.03mol•L-l•min-l×3=0.09mol•L-l•min-l，故C错误；D．由图丙可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T1＜T2，a、b、c都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c的氮气的转化率最高，故D错误；故选：B。11．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物的排放。（1）实现“节能减排”和“低碳经济”的项重要课题就是如何将转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：，如图所示为该反应过程中的能量变化：下列关于该反应的说法正确的是_____________(填序号)。A．，

B．，C．，

D．，（2）将煤加工成水煤气可降低污染并提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，反应方程式为，该反应的，。该反应在常温下_____________(填“能”或“不能”)自发进行。【答案】

C

不能【解析】（1）由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，；该反应为反应前后气体分子数减小的反应，则，故答案为C；（2）由，所以该反应在常温下不能自发进行。12．某研究性学习小组研究了汽车尾气中的NO与CO的反应和某工业废气中的NO2与SO2的反应。回答下列问题：（1）一定温度下，向某容积为1L的密闭容器中通入amolNO、bmolCO，控制一定的条件使其发生反应：2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0。测得NO的平衡转化率与温度、投料比X(X＝eq\f(a,b))的关系如图甲所示。则T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反应开始至达到平衡(对应A点)所用的时间是2min，则反应发生的2min内N2的平均反应速率v(N2)＝________，A点对应的平衡常数K＝________(保留3位有效数字)。（2）在固定体积的密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g)⇌SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1使用某种催化剂，改变eq\f(n0NO2,n0SO2)的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率。部分实验结果如图乙所示。①如果要将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是______________。②若A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0mol·L－1，经过tmin达到平衡状态，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。③若图乙中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。【答案】（1）>0.4mol·L－1·min－115.8（2）①降低温度②eq\f(c0,5t)③＝【解析】（1）正反应是放热反应，其他条件不变，温度升高平衡逆向移动，NO的平衡转化率降低，结合题图甲可知T1>T2。X1＝0.8、a＝2，根据X＝eq\f(a,b)，得b＝2.5。2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)起始/mol·L－122.500转化/mol·L－12×80%1.60.81.6平衡/mol·L－10.40.90.81.6v(N2)＝eq\f(0.8mol·L－1,2min)＝0.4mol·L－1·min－1。K＝eq\f(0.8×1.62,0.42×0.92)≈15.8。（2）①如果将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，NO2的平衡转化率增大，可以通过降低温度使平衡正向移动，从而使NO2的平衡转化率增大。②A点对应的NO2的平衡转化率为50%，eq\f(n0NO2,n0SO2)＝0.4，SO2的起始浓度为c0mol·L－1，则NO2的起始浓度为0.4c0mol·L－1，转化的二氧化氮浓度为0.4c0mol·L－1×50%＝0.2c0mol·L－1，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝eq\f(0.2c0mol·L－1,tmin)＝eq\f(c0,5t)mol·L－1·min－1。③C点时eq\f(n0NO2,n0SO2)＝1.0，设SO2的起始浓度为c1mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝c1mol·L－1，C点对应的二氧化氮的平衡转化率为50%，则平衡时c(NO2)＝c(SO2)＝c(SO3)＝c(NO)＝0.5c1mol·L－1，平衡常数KC＝eq\f(cSO3·cNO,cSO2·cNO2)＝1；同理，D点对应的二氧化氮的平衡转化率为40%，eq\f(n0NO2,n0SO2)＝1.5，设SO2的起始浓度为c2mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝1.5c2mol·L－1，则平衡时c(NO2)＝0.9c2mol·L－1，c(SO2)＝0.4c2mol·L－1，c(SO3)＝c(NO)＝0.6c2mol·L－1，平衡常数KD＝1，平衡常数相同说明反应温度相同，即TC＝TD。13．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：（1）在容积为2L的恒温密闭容器中加入0.1mol的N2和0.3mol的H2在一定条件下发生反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH<0，在5分钟时反应恰好达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.1mol。这段时间内用H2表示的反应速率为v(H2)=____。（2）平衡后，若要再提高反应速率，且增大NH3的产率，可以采取的措施有____。(答一条即可)（3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____(填序号字母)。A．容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1：3：2B．v(H2)正=3v(N2)逆C．混合气体的密度保持不变D．容器内压强保持不变（4）已知合成氨反应N2+3H2⇌2NH3在400℃时的平衡常数K=0.5(mol/L)-2。在400℃时，测得某时刻c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此时刻该反应的v正____v逆(填“>”“=”或“<”)。（5）如图表示