专题突破化学反应的方向和调控-2023-2024学年高二化学同步重难点专题突破（人教版2019选择性必修1）

2023-2024学年选择性必修1(人教版2019)第二章化学反应速率与化学平衡化学反应的方向和调控突破点1:化学反应方向的判断重难归纳1.化学反应方向与焓变的关系。(1)能自发进行的反应多数为放热反应(ΔH<0)。例如:NaOH(aq)+HCl(aq)══NaCl(aq)+H2O(l),2Na(s)+2H2O(l)══2NaOH(aq)+H2(g),CaO(s)+H2O(l)══Ca(OH)2(aq)。(2)有些吸热反应在一定条件下也能自发进行(ΔH>0)。例如:2N2O5(g)══4NO2(g)+O2(g),NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)══CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l),CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g)。(3)结论。①化学反应的方向与反应的焓变有关,但不能只根据焓变判断反应的方向。②大多数放热反应能自发进行。③能自发进行的吸热反应,体系的混乱程度一定增大(即熵增)。2.化学反应方向与熵变的关系。(1)许多熵增的反应在一定条件下可以自发进行。例如,2H2O2(aq)══2H2O(l)+O2(g),CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g),C(s,石墨)+H2O(g)══CO(g)+H2(g)。(2)有些熵减的反应,在一定条件下也可以自发进行。例如,NH3(g)+HCl(g)══NH4Cl(s),Ca(OH)2(aq)+CO2(g)══CaCO3(s)+H2O(l)。(3)结论。①化学反应的方向与反应的熵变有关,但不能只根据熵变判断反应的方向。②熵增且放热的化学反应能自发进行。③能自发进行的熵减的化学反应,一定是放热反应。3.自由能判据。在等温、等压条件下的封闭体系中,可用ΔG的值来判断反应能否自发进行。ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行;ΔG=ΔH-TΔS=0,反应处于平衡状态;ΔG=ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。温度与反应方向的关系:典例剖析已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。一定条件下,下列反应不能自发进行的是(

)。A.2O3(g)══3O2(g)

ΔH<0B.2CO(g)══2C(s)+O2(g)

ΔH>0C.N2(g)+3H2(g)══2NH3(g)

ΔH<0D.CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0答案:B解析:A项,ΔH<0,ΔS>0的反应一定能自发进行;B项,ΔH>0,ΔS<0的反应一定不能自发进行;C项,反应是ΔH<0,ΔS<0的反应,一定条件下可以自发进行;D项,反应是ΔH>0,ΔS>0的反应,一定条件下可以自发进行。方法归纳化学反应方向的判断

在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既与焓变有关,又与熵变有关。

(1)在恒温、恒压条件下,反应能否自发进行,由ΔG=ΔH-TΔS的值来决定。

(2)复合判据只适用于判断恒温、恒压条件下的反应能否自发进行,不适用于判断其他条件。(3)反应的自发性只能用于判断反应的方向性,反应是否能实现,还要看具体的条件。过程的自发性只是一种趋势,过程要发生,必须具备一定的条件。[变式训练1]下列说法不正确的是(

)。A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,放热反应具有自发进行的倾向B.在同一条件下物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大C.自发反应是指不需要条件就能发生的反应D.一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关答案:C解析:ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关,焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,放热反应具有自发进行的倾向,但不一定自发,A、D两项正确;根据熵增原理,体系的混乱程度越大,熵值越大,B项正确;有的自发反应需要在一定条件下才能发生,C项错误。[变式训练2]某化学反应的ΔH=-122kJ·mol-1,ΔS=-431J·mol-1·K-1,则以下关于此反应的自发性描述中正确的是(

)。A.在任何温度下都能自发进行B.仅在低温下能自发进行C.仅在高温下能自发进行D.在任何温度下都不能自发进行答案:B解析:ΔH<0,ΔS<0时,低温有利于自发进行。易错提醒

(1)一般来说,如果一个过程是自发的,则其逆过程往往是非自发的。

(2)自发反应和非自发反应是可能相互转化的,某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应,如2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)是常温下的自发反应,而在高温条件下其逆反应是自发反应。(3)过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生以及过程发生的速率,如涂有防锈漆和未涂有防锈漆的铜制品器件,它们发生腐蚀过程的自发性是相同的,但只有后者可以实现。[变式训练3]25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)══4NO2(g)+O2(g)

ΔH=+109.8kJ·mol-1,自发进行的原因是(

)。A.是吸热反应 B.是放热反应C.是熵减小的反应 D.熵增效应大于焓增效应答案:D解析:根据热化学方程式可知,该反应是吸热反应,是熵增的反应,吸热反应不利于反应自发进行,熵增反应有利于反应自发进行,所以该反应的熵增效应大于焓增效应。[变式训练4]有一化学平衡mA(g)+nB(g)══pC(g)+qD(g),如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是(

)。A.ΔH>0,ΔS>0B.ΔH<0,ΔS>0C.ΔH>0,ΔS<0D.ΔH<0,ΔS<0答案:C解析:由图像知压强越大,A的转化率越高,故m+n>p+q,故ΔS<0;温度越高,A的转化率越大,则正反应为吸热反应,故ΔH>0。[变式训练5]在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)

ΔH=QkJ·mol-1过程中的能量变化如下图所示。回答下列问题。(1)Q

(填“>”“<”或“=”)0。

(2)熵变ΔS

(填“>”“<”或“=”)0。

(3)该反应

(填“能”或“不能”)自发进行。

(4)升高温度平衡常数K

(填“增大”“减小”或“不变”),平衡向

(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。

答案:(1)<(2)>(3)能(4)减小逆反应解析:(1)根据图像可知,该反应是放热反应,故Q<0;(2)据反应特点可知,该反应是熵值增大的反应;(3)根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知该反应能自发进行;(4)升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。突破点2:工业生产中选择适宜生产条件的思路重难归纳1.分析化学反应的特点:从可逆性、反应前后气体体积的变化、焓变三个角度分析。2.根据反应特点具体分析外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响。3.从化学反应速率和化学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。外界条件有利于增大反应速率的措施有利于平衡正向移动的措施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增大压强(有气体参加)反应后气体体积减小增大压强设备条件允许的前提下,尽量采取高压反应后气体体积增大减小压强兼顾速率和平衡,选取适宜的压强外界条件有利于增大反应速率的措施有利于平衡正向移动的措施综合分析结果温度升高温度ΔH<0降低温度兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度ΔH>0升高温度在设备条件允许的前提下,尽量采取高温并考虑催化剂的适宜温度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典例剖析下列关于工业合成氨的叙述中,错误的是(

)。A.在动力、设备、材料允许的情况下,反应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.及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动B解析:合成氨的反应为放热反应,温度越高,NH3的产率越低,且温度太高会影响催化剂的催化效果。方法归纳合成氨反应条件和选择依据。

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,又要选择较大的反应速率,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。[变式训练1]可逆反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)

ΔH<0,达到平衡后,为了使H2的转化率增大,下列选项中采用的三种方法都正确的是(

)。A.升高温度,减小压强,增加氮气B.降低温度,增大压强,加入催化剂C.升高温度,增大压强,增加氮气D.降低温度,增大压强,分离出部分氨答案:D解析:要使氢气的转化率增大,需使平衡向正反应方向移动,根据合成氨反应的特点,由于正反应为放热反应,需降低温度;正反应为气体总体积缩小的反应,需增大压强;另外,还可通过及时分离出部分氨气,减小生成物浓度的方法,促使平衡右移,D项正确。[变式训练2]工业合成氨的正反应是放热反应。下列关于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的图像中,错误的是(

)。答案:C解析:合成氨的正反应是放热反应,升高温度,正、逆反应速率都增大,但逆反应速率增大的程度大,A项正确;在T1时NH3的体积分数最大,达到平衡,再升高温度,平衡逆向移动,NH3的体积分数减小,B项正确;达到平衡后,温度越低,NH3的体积分数越大,C项错误;增大压强,平衡向右移动,NH3的体积分数增大,D项正确。[变式训练5]为了进一步提高合成氨的生产效率,科研中具有开发价值的是(

)。A.研制高温下活性较大的催化剂B.寻求NH3的新来源C.研制低温下活性较大的催化剂D.研制耐高温高压的新型材料建造合成塔答案:C解析:合成氨的反应是放热反应,降低温度有利于提高合成氨的生产效率。研制低温下活性大的催化剂可改善工艺流程,降低成本,提高综合经济效益。[变式训练4]下列有关工业合成氨反应的叙述,不能用勒夏特列原理解释的是(

)。A.使用