2022高考化学一轮复习教案：第7章第4讲化学反应原理在物质制备中的调控作用Word版含解析

1、PAGE PAGE 11第4课时核心价值化学反应原理在物质制备中的调控作用(学科本质价值)化学反应原理在物质制备中的调控作用是高考命题的热点，要求考生认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用，知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义；要求考生结合生产实例(如合成氨、汽车尾气处理、塑料的工业合成等)，从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。此类试题大多与化工生产实际相联系，要求考生用化学视角审视实际问题，具备正确的化学观念，如物质观、反应观、能量观、平衡观等，体现化学学科的本质价值。一、化学反应进行的方向

2、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。 自发反应是化学反应，如水蒸气冷凝得到液态水属于自发过程，但不是自发反应。2熵和熵变(1)熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。(2)熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用S表示，化学反应的S越大，越有利于反应自发进行。3判断化学反应进行的方向 对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。二、化学反应的调控1控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件

3、，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。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。(3)应用示例以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件反应原理：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1。综合考虑选择适宜的生产条件条件温度压强投料比催化剂循环操作具体内容40

4、0500 1030 MPa eq f(n（N2）,n（H2）) eq f(1,2.8) 铁触媒采用循环操作提高原料利用率下列说法中正确的是()A(2020江苏卷)反应SiCl4(g)2H2(g) eq o(=,sup7(高温),sdo5() Si(s)4HCl(g)可用于纯硅的制备，该反应H0、S0B(2019江苏卷)一定温度下，反应2H2(g)O2(g)=2H2O(g)能自发进行，该反应的H0C(2018江苏卷)反应4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应D(2017江苏卷)反应N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)的H0BSiCl4(g)与H2(g

5、)反应的正反应是气体分子数增多的反应，则有S0，A项错误；H2(g)与O2(g)反应的S0，一定温度下反应能自发进行，则HTS0，则有H0，B项正确；反应4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)的S0，常温下可自发进行，则有H0，该反应为放热反应，C项错误；反应N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)的S00非自发B2NO2(g)N2O4(g)000自发DNH4Cl(s) eq o(=,sup7() NH3(g)HCl(g)0非自发B液态水转化为气态水是熵增加的过程，A项错误；NO2转化为N2O4为化合反应，该反应是放热的、熵值减小常温下就能发生的可逆反应，属于自发反应，B项正确；该反应

6、是放热反应，C项错误；NH4Cl受热分解反应属于吸热反应，D项错误。训练2 (2020河南开封期初调研)下列说法正确的是()A2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0B反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0CCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0D常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0B该反应自发进行，则HTS0，即H0、S0，则H0，B项正确。(1)(2020全国卷，28题节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域

7、。二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_。(2)(2020山东卷，18题节选)CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H149.5 kJmol1为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为_(填标号)。A低温、高压B高温、低压C低温、低压D高温、高压解析(1)根据外界条件对速率的影响，可知在一定温度和压强下，选择合适的催化剂可提高反应速率，同时使合成乙烯的主反应较多地发生，而副反应被抑制(即反应的选择性)。(2)该反应为H0，气体系数减小的反应，生成甲

8、醇的反应是放热、气体分子数减小的反应，且由图乙可知在较低温度下CO2的平衡转化率较高，应选择低温、高压，故A项正确。答案(1)选择合适催化剂等(2)A训练3 (2021四川新津中学检测)据报道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)。下列叙述错误的是()A使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率B升高温度，该反应平衡常数(K)一定增大C充入大量CO2气体可提高H2的转化率D从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率B因催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，

9、则在一定时间内提高了生产效率，A项正确；反应需在300 进行是为了获得较快的反应速率，不能说明反应是吸热还是放热，则K不一定增大，B项错误；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，C项正确；从平衡混合物中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，D项正确。训练4 (2021湖北武汉联考)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0()。如图所示，反应()在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为

10、T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1_(填“”“”或“”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是_。(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应H_(填“”或“”)0。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选择此压强的理由是_。解析(1)由题意知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：TaS22I2=TaI4S2，TaI4S2=TaS22I2，即反应()先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应()的H大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物

11、质是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，则H0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。答案(1)I2(2)在1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失训练(三十七)化学反应原理在物质制备中的调控作用1(2021广西南宁二中检测)汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)，是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K、10

12、1 kPa下，H113 kJ/mol、S145 J/(molK)。下列说法中错误的是()A该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率D汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒B该反应是放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，A项正确；在298 K、101 kPa下，H113 kJ/mol、S145 J/(molK)，则有HTS(113 kJ/mol)298 K0.145 kJ/(molK)69.79 kJ/molv逆，B项错误；温度升高，反应速率加快，d点温度高于b点，则反应速率

13、：vbvd；CO转化率达到最大值后，升高温度，CO的转化率降低，说明达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则该反应是放热反应，平衡常数K(75 )K(85 )，C项正确；图中在8085 时，CO转化率较大，故生产时反应温度控制在8085 为宜，D项正确。3(2021河北衡水中学调研)335 时，在恒容密闭反应器中1.00 mol C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下：反应1C10H18(l)C10H12(l)3H2(g)H1反应2C10H12(l)C10H8(l)2H2(g)H2测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能量变化如

14、下图所示。下列说法错误的是()A催化剂能改变反应历程B更换催化剂后，H1、H2也会随之改变C8 h时，反应2未处于平衡状态Dx1显著低于x2，是因为反应2的活化能比反应1的小，反应1生成的C10H12很快转变成C10H8B使用催化剂，产生多种中间产物，改变反应历程，A项正确；焓变(H)取决于反应物具有的总能量和生成物具有的总能量，更换催化剂后，反应历程改变，但H1、H2不会随之改变，B项错误；图中8 h后，C10H8的产率x2逐渐增大，故反应2未处于平衡状态，C项正确；由图可知，反应1的活化能大于反应2的活化能，则反应1的速率比反应2的速率慢，反应1生成的C10H12很快转变成C10H8，故x

15、1显著低于x2，D项正确。4(2021山东肥城检测)氢能作为新型能源，可利用CO制得，北京大学马丁教授等团队向容积为V L的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应。已知：反应：FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H1反应：FeO(s)H2(g)Fe(s)H2O(g)H2反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H反应在不同催化剂作用下(反应相同时间)，温度与CO转化率的关系如图所示。(1)反应的H与H1、H2关系式：H_。(2)若反应和反应的平衡常数分别为K1和K2，则反应的平衡常数K与K1、K2的关系式：K_。(3)随着温度的升高，CO的转化率先升后降，“后降”的可能

16、原因是_。(4)由图可知，H_0(填“大于”或“小于”)，催化剂应选择_(填“Au/MoC”或“Au/MoC/NaCN”)。(5)已知T1 025 K时，K1。则平衡时CO的转化率(CO)_。当T1 025K时，平衡时，H2的体积分数的取值范围为_。此时，CO还原FeO(s)的能力_H2(填“大于”或“小于”)。(6)欲提高H2的体积分数，可采取的措施为_。解析(1)由反应可得反应，根据盖斯定律，则反应的HH1H2 。(2)由于反应，反应I和II的平衡常数分别为K1和K2，则反应的平衡常数为K eq f(K1,K2) 。(3)由图可知，催化剂的催化活性随温度先增大后减小，温度过高，催化剂的催化

17、活性下降，会引起CO的转化率降低。(4)由图可知，随着温度的升高，CO平衡转化率逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的H0。由图可知，催化剂Au/MoC在较低温度时具有较高的催化活性，故催化剂应选择Au/MoC。(5)起始时CO和H2O(g)的物质的量相等，假设均为1 mol，由于反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)前后气体总分子数不变，平衡常数K1，则平衡时四种物质的物质的量均为0.5 mol，故CO的平衡转化率为 eq f(0.5 mol,1 mol) 100%50%。1 025 K时，H2的体积分数为25%；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时H2的体积分数减小，

18、但肯定大于0，故H2的体积分数取值范围为025%。(6)欲提高H2的体积分数，可采取的措施有及时分离出CO2，或降低温度等。答案(1)H1H2(2) eq f(K1,K2) (3)温度过高，催化剂的催化活性下降(4)小于 Au/MoC(5)50%025%小于(6)及时分离出CO2(或降低温度)5(2021河北石家庄二中检测)苯乙烯是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：H123.5 kJmol1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为110，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是_。(2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实_。(3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 时的平衡常数Kp_。(保留两位有效数字，分