考点08化学反应的方向与调控-（原卷版）

考点08化学反应的方向与调控【核心考点梳理】一、自发过程与自发反应的比较自发过程自发反应含义在一定条件下，不需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O2二、化学反应的方向与焓变的关系1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。(3)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。(4)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。2．自发反应与焓变的关系大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。三、化学反应的方向与熵变的关系1．熵的含义自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。2．影响熵大小的因素(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。3．反应熵变与反应方向(1)二者关系eq\x(自发进行的化学反应)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—大多数是熵增加的反应,—也有些是熵减小的反应))(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)ΔS＝－39.35J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。四、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。(1)可逆性：反应为可逆反应。(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。(4)自发性：常温(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较条件提高反应速率提高平衡转化率综合结果压强高压高压高压温度高温低温兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性催化剂使用无影响使用浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度3．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根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10MPa～30MPa)温度适宜温度，400～500℃催化剂使用铁触媒做催化剂浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。②400～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。【核心归纳】1．复合判据(1)判据(2)温度对反应方向的影响2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制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加合适的催化剂无加合适的催化剂温度高温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，尽量采取高温并考虑催化剂的活性压强高压(有气体参加)Δνg＜0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压Δνg＞0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强【必备知识基础练】1．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

∆H<0。下列说法不正确的是A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率D．反应后尾气中的SO2必须回收2．（2023春·江苏扬州·高二扬州大学附属中学校考期中）对于反应

。下列说法正确的是A．反应的B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变3．（2023秋·广东梅州·高二广东梅县东山中学校联考期末）下列说法正确的是A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应B．的反应一定能自发进行C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数D．反应，若正反应的活化能为kJ⋅mol，逆反应的活化能为kJ⋅mol，则kJ⋅mol4．（2023春·陕西宝鸡·高二统考期中）下列推论正确的是A．S(g)+O2(g)=SO2(g)△H1，S(s)+O2(g)=SO2(g)△H2；则：△H1＞△H2B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)

△H=57.4kJ/mol，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJC．C(石墨，s)=C(金刚石，s)△H=+1.9kJ/mol，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行5．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）下列关于工业合成氨的叙述中错误的是A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行B．温度越高越有利于工业合成氨C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应6．（2023春·浙江·高二校联考期中）一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4molSO2和2molO2发生反应：。经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：0246801.62.83.63.6下列说法正确的是A．4s内反应的平均速率B．该反应的平衡常数C．此温度下，若该容器中有、和，则反应逆向进行D．当容器内密度保持不变时，该反应达到平衡状态7．（2023春·江苏常州·高二统考期中）对于反应，下列说法正确的是A．该反应在任何温度下均能自发进行B．反应的平衡常数可表示为C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率8．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)

∆H>0。下列说法不正确的是A．∆S>0B．反应在高温下能自发进行C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态【关键能力提升练】9．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：反应Ⅰ：反应Ⅱ：反应Ⅲ：在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数C．该条件下温度越低，越有利于工业生产D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%10．（2023春·河北廊坊·高二固安县第一中学校联考开学考试）在2L的恒容密闭容器中充入1molX(g)和2molY(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是

A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：B．a点时，Y(g)的转化率为50%C．T3℃下，平衡常数K=4D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率11．（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程C．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D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞012．（2023春·安徽·高二校联考期中）将放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，剩余。此条件下可以发生如下反应：①；②，已知反应②的，是压强平衡常数(用分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。下列说法错误的是A．时刻，共消耗 B．时刻，容器中的分压为C．时刻，容器中气体总物质的量为 D．起始时，容器中13．（2023春·山东滨州·高二统考开学考试）工业上可用甲烷氧化制备甲醛，该反应的副产物主要有CO、。在一定容积的密闭容器中加入某催化剂，按物质的量之比1∶1投入甲烷和氧气，分别于不同温度下反应相同时间，测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如图所示。(注：HCHO的选择性=)下列说法错误的是A．制备甲醛的反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能B．低于650℃时，随温度的升高，甲烷的转化率增大的原因可能是温度升高，反应速率加快C．650℃时，体系中D．650℃时，甲醛的产率为20%14．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)△H1=+172kJ•mol1，Kp1=1.0×102(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)△H2=51kJ•mol1，Kp2=1.2×1012Pa①对于直接氯化反应：增大压强，平衡______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率______(填“变大”“变小”或“不变”)。②直接氯化的反应趋势远小于碳氯化，其原因是______。(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2按物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。①反应C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=______Pa(≈8.5)。②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是______。(3)TiO2直接氯化和碳氯化都属于“气—固”反应，工业生产中有利于“气—固”充分接触的措施是______。15．（2023秋·高二课时练习）二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应，该反应的________（填“>”“<”或“=”，下同）0，_________0，在低温下，该反应________（填“能”或“不能”）自发进行。（2）的转化途径之一是首先利用太阳能或生物质能分解水制，然后将与转化为甲醇或其他化学产品。你认为该方法需要解决的技术问题有__________（填字母）。a．开发高效光催化剂b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，并与发生催化转化c．二氧化碳及水资源的供应【学科素养拔高练】16．（2023春·上海宝山·高二上海市行知中学校考期中）努力实现碳达峰、碳中和展现了我国积极参与和引领全球气候治理的大国担当，其中对于CO2的综合利用是实现碳中和的保证。I.回收利用CO2解决空间站供氧问题物质转化如图所示：反应A为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的关键步骤。(1)将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密闭容器中发生反应A，在相同时间内测得H2O的物质的量分数与温度的变化曲线如图所示。理论上能提高CO2平衡转化率的措施为______(单选)。A．升高温度 B．及时从体系中移走水蒸气C．恒容条件下向容器中冲入氩气