考点08化学反应的方向与调控-2022-2023学年高二化学核心考点归纳与分层测试（人教版2019选择性必修1）（人教版2019选择性必修1）（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．（2022·广东惠州·高二期末）关于①氨气与氯化氢气体的反应、②碳酸氢钠的分解反应的熵变说法正确的是A．均为熵增加反应 B．均为熵减小反应C．反应①熵增加，反应②熵减小 D．反应①熵减小，反应②熵增加2．（2021·广东广雅中学高二期中）下列说法中，正确的是A．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应吸热，因此该反应在室温下是非自发反应B．O2转化变为O3时，熵增加C．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，高温有利于其自发进行D．某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的ΔH＞0、ΔS＞03．（2021·广东·广州市真光中学高二阶段练习）自然界中存在天然的大气固氮过程为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮则主要依靠工业合成氨，下列结论不正确的是反应大气固氮工业固氮温度/℃27200025350400450平衡常数/K3.84×10-310.15×1081.8470.5070.152A．工业固氮为熵减反应B．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却容易进行C．人类大规模模拟大气固氮应用于工业上意义不大D．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全4．（2022·广东梅州·高二期末）化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用5．（2022·浙江台州·高二期末）已知：，，下列关于合成氨工业的说法不正确的是A．温度选择400～500℃是为了提高氮气的转化率B．将原料气净化处理是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”C．不选择过高压强的主要原因是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高D．迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动6．（2022·浙江·丽水市教育教学研究院高二期末）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。下列说法不正确的是A．控制原料气=2.7~2.9，是因为N2相对易得，适度过量利于提高H2转化率B．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C．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D．中国科学家研制的新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗7．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是①高温②低温③低压④高压⑤催化剂⑥加氨⑦除氨A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥8．（2022·广西·宾阳中学高二期末）下列过程在一定条件下能自发进行但不能用熵增解释的是A．花香四溢 B．冰块融化 C．Na2CO3·10H2O风化 D．水蒸气冷凝【关键能力提升练】9．（2022·河南·高二阶段练习）二氧化碳加氢可合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H。在某恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是A．该反应的反应物总能量小于生成物的总能量B．M点时，保持其他条件不变，仅充入少量稀有气体，反应速率加快C．加入合适的催化剂，该反应的△H保持不变D．T1K时，H2的平衡转化率：M<N10．（2022·广东·揭阳市榕城区仙桥中学高二期中）将CO2转化为燃料甲醇是实现碳中和的途径之一、在恒温恒容密闭容器中进行反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

∆H，下列有关说法正确的是A．若升高温度，反应逆向进行，则∆H<0B．正反应为熵增过程，∆S>0C．若混合气体的密度不随时间变化，可说明反应达到平衡D．加入催化剂，可提高CO2的平衡转化率11．（2022·浙江·高二阶段练习）工业合成尿素以NH3和CO2作为原料，其能量转化关系如图。已知2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l)△H=—103.7kJ·mol-1。下列有关说法正确的是A．△S1>0，△H4>0B．△H1=—10.0kJ·mol-1C．H2NCONH4比H2NCONH2能量低，更稳定D．过程③反应速率慢，使用合适催化剂可减小△H3而加快反应12．（2022·河南·高二期中）下列说法正确的是A．可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl达到平衡后，加入KCl固体，逆反应速率加快B．中和同pH、同体积的NaOH溶液和氨水，消耗盐酸中HCl的物质的量相同C．由Sn(s，灰)=Sn(s，白)

△H=+2.1kJ·mol-1可知，灰锡比白锡稳定D．反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)

△H＜0，高温下才能自发进行13．（2022·黑龙江·哈尔滨三中高二期末）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。合成氨的反应原理为：，合成氨的简易流程图如下：(1)步骤I：天然气中的杂质H2S常用氨水吸收。步骤Ⅱ：制氢气的原理如下：反应1：反应2：对于反应1，一定可以提高平衡体系中H2百分含量同时能加快反应速率的措施是___________。A．升高温度 B．增大水蒸气的浓度C．加入合适催化剂 D．增加压强(2)对于反应，在一定条件下氨的平衡含量如表。温度/℃压强/氨的平衡含量2001081.5%550108.25%①该反应为___________(填“吸热”或“放热”)反应。②工业合成氨选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，原因是________。(3)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨反应，起始投料时各物质浓度如下表：单位：投料I1.03.00投料II0.51.51.0①工业合成氨反应的平衡常数表达式为K=___________。②投料I进行反应，测得达到化学平衡状态时H2的转化率为40%，计算该温度下合成氨反应的平衡常数K=___________。③按投料II进行反应，起始时反应进行的方向为___________(填“正向”或“逆向”)。(4)实际生产中，常用工艺条件：作催化剂，控制温度773K，压强，原料气中N2和H2物质的量之比为1：2.8，在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。化学吸附→表面反应→脱附①分析说明原料气中过量的理由___________。②步骤III-IV合成氨：，有关合成氨工艺说法正确的是___________。A．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率B．步骤III：分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，然后将所得原料气直接混合，经加压、热交换后制得合成氨C．步骤IV：热交换过程中控制反应的温度为(773K)，远高于室温，是为了保证尽可提高平衡转化率和加快反应速率D．步骤V基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行14.（2022·吉林·长春市第二中学高二期末）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：，在密闭容器中投入和，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。(1)该反应的_______0(填“>”“<”或“=”，下同)。(2)M、N两点的化学反应速率：_______，判断理由是_______。(3)为提高的转化率，除可以改变温度和压强外，还可以采取的措施有_______、_______。(4)若时，在密闭容器中反应，达平衡时恰好处于图中M点，则N点对应的平衡常数_______(保留两位小数)。【学科素养拔高练】15．（2021·湖南·高二阶段练习）德国人哈伯在1905年发明了合成氨的方法，其合成原理为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ·mol-1，他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。请回答下列问题：(1)某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L的密闭容器内充入1molN2和3molH2，加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下表：反应时间/min051015202530压强/MPa16.8014.7813.8613.2712.8512.6012.60则从反应开始到25min时，以H2表示的平均反应速率=_______。(2)合成氨反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，初始时氮气、氢气的体