新高考一轮复习鲁科版第七章第4课时化学反应的方向与化学反应的调控学案

第4课时化学反应的方向与化学反应的调控

课标要求

1.能用AH-TAS说明化学反应的方向。

2.通过实验探究,推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的

变化,能讨论化学反应条件的选择和优化。

3.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件

进行综合分析。

►考点一,,化学反应的方向

H必备知识恒冬

(1)含义:在一定条件下,不借助外力就可以自动进行的过程。

(2)特点

①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系给外部做功或者放出

热量)。

②在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向。

温度对反应方向的影响具体可表示为:

ΔS

AHVoAH>0

Δ5>0ΔS>O

任何温度下反应都能自发进行高温下反应能自发进行

AHVOΔH>0NH

ΔS<OΔS<0

低温下反应能自发进行任何温度下反应

都不能自发进行

［理解辨析］

1.判一判(正确的打“J”，错误的打“X”)

(1)知道了某过程有自发性之后，则可确定过程是否一定会发生。

()

(2)4Fe(OH)2(s)+2H20(1)+02(g)i_=4Fe(OH)3(s)

ΔH=-444.3kJ∙moΓ1,ΔS=-280.1J∙moΓ1∙KT在常温常压下能自发

进行。()

⑶在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行,但同样是这个吸热反

应在较高温度(1200K)下则能自发进行。()

(4)放热过程(∆H<0)或端增加(ΔS>0)的过程一定是自发的。()

解析：⑴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

一定会发生和过程发生的概率。

⑷当△G=△H-T△S<0时反应自发,仅△H<0或ΔS>0无法确保△G<0,

即不一定自发。

答案：(I)X(2)√(3)√(4)X

(1)汽车燃油不完全燃烧时产生C0,有人设想按下列反应除去

C0:2C0(g)ɪ——2C(s)+02(g)<)

已知该反应的△H>0,简述该设想能否实现的依据。

提示:该反应是吸热、燧减的反应,任何温度下均不自发进行。

⑵某化学反应A(s)_D(g)+E(g)ΔH-TΔS=(-4500+1IT)

kJ∙mol∣(其中AH为焙变，△S为烯变,T为热力学温度,单位为K),

要防止反应发生,应如何控制温度？

提示:要防止反应发生，AH-TAS20,则-4500+11TNo,解得T2409。

、牙关键能力育厂

1.化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的

是(C)

3(g)+H2O(I)-H2SO4⑴的△S>0

B.1molCO2在不同状态时的嫡值：S的O2(g)"S[CO2(s)]

205(g)-4N02(g)+02(g)ΔH>0能否自发进行与温度有关

D.△*()或AS>O的反应一定能自发进行

解析:反应SO3(g)+H2O(I)-H2SO1(I)的气体分子数减少,该反应的△

S<0,选项A错误；同一物质在固态时的端值小于在气态时的熠值,选

项B错误;反应2N205(g)-4N02(g)+02(g)的气体分子数增加，ΔS>0,

又因为△H>0,ΔH-TΔS<0时一,反应能自发进行，因此该反应能否自发

进行与温度有关,选项C正确；△H<0且△S>0的反应一定能自发进行,

选项D错误。

2.

[能「量

/\生成物

I反应物

反应过程

金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2(s)+2C(s)-Sn(s)+2C0(g),

反应过程中能量的变化如图所示,下列有关该反应的AH、AS的说法

中正确的是(D)

A.ΔH<O,ΔS<OB.ΔH>O,ΔS<O

C.ΔH<O,ΔS>OD.ΔH>O,ΔS>O

解析:SnO2(s)+2C(s)_Sn(s)+2C0(g),该反应生成物有气体,混乱度

大,所以是熠增加的反应，故AS>O;从图中可知,反应物能量低,生成

物能量高,该反应是吸热反应,故△H>0o

►考点二,化学反应的调控案例一一工业合成氨

、"必备知识/整合•

(1)反应条件选择理论分析

①N2(g)+3H2(g)-2NL(g)ΔH=-92.2kJ∙moΓ1ΔS=-198.2

J∙mol1∙K1

计算298K时，AH-TAS=-92.2kJ∙moL-298KX(-0.1982

kJ∙molɪ∙K')≈-33.1kJ∙moΓ',常温时能自发进行。

②反应限度角度:低温、高压,有利于提高转化率。

③反应速率角度:高温、高压、使用催化剂,有利于提高化学反应速率。

⑵工业合成氨的适宜条件

①温度:700K左右,此时催化剂活性最大。

②压强:低压(IXIO7Pa),中压《XI。’〜3Xl()7χιo7〜PiosPa)三

种类型。

③催化剂:铁触媒。

④岫与乩的物质的量之比（投料比）：。

（3）合成氨工业的简要流程

（洗涤器）I-~—]_

原料气

-1»⅛∣->I压缩I合版|一离If液氨

的制取

（除尘器）（压缩机）（合成塔）（冷凝器）

①原料气的制取

岫:将空气液化、蒸发分离出M或者将空气中的。2与碳作用生成CO2,

除去Co2后得N20

乩:用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。用煤和

水制H2的主要反应为C+H20（g）≡CO+H2,C0+H20（g）催化剂Co2+上。

②制得的N2、也需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。

③氨的合成:在适宜的条件下,在合成塔中进行。

④氨的分离:经冷凝使氨液化,将氨分离出来,为提高原料的利用率，

将没有完全反应的M和乩循环送入合成塔,使其被充分利用。

⑴控制反应条件的目的

①促进有利的化学反应,②抑制有害的化学反应。

⑵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。

［理解辨析］

1.判一判（正确的打“J”，错误的打“X”）

⑴在合成氨工业中,压强越高,反应速率越快,转化率越高，因此采取

的压强越高越好。（）

（2）可向容器中加入一定量的水蒸气,使氨气溶解以提高反应的转化

率和速率。（）

（3）500℃左右比室温更有利于合成氨的反应,可以提高乩的平衡转

化率。（）

⑷合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率。（）

解析：（1）增大压强,物质的浓度增大,反应速率加快。由于该反应的正

反应是气体体积减小的反应,增大压强,化学平衡正向移动,可以提高

NL的平衡产率,但压强越高,需要的动力就越大,对材料承受的压力

要求也越高，因此不是压强越高越好,而是应该在一定压强下进行。

（2）向容器中加入一定量的水蒸气,使氨气溶解,可以降低氨气的浓度,

能够使化学平衡正向移动，能够提高反应的转化率,但不能提高合成

氨的反应速率。

（3）该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,不利于合成氨的反

应。

答案：(1)义(2)×(3)×(4)√

化学反应原理调控物质制备化工生产时需注意哪些问题？

提示：

(1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。

⑵原料的循环利用。

(3)产物的污染处理。

(4)产物的酸碱性对反应的影响。

⑸气体产物的压强对平衡造成的影响。

(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。

(1)如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施

是(填序号)。

①④

液

净

化

化②加压③催化反应

7t

分

干(2×10Pa)f(500C、催化剂)

离

燥

⑤电和为

再循环

(2)CO可用于合成甲醇,反应的化学方程式为CO(g)+2⅛(g)—

CRQH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该

反应AH义10'kPa左右,选择此压强的理由是

∞25O

803(∞

解60

题40

T3

k20

g50

g

O0.51.01.5

p∕104kPa

催化剂

解析：(1)工业合成氨反应的化学方程式为4+3叼高温、高压'2NK,反应是

可逆反应,正反应气体体积减小，正反应是放热反应;依据合成氨的流

程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为增大压强、液化分离出

氨气及氮气和氢气的循环使用。

答案：(1)②④⑤

×10'kPa下,CO的转化率已较高,再增大压强,CO的转化率提高不大,

同时生产成本增加

关键能力有「

逊—化学反应条件的调控与应用

1.(2021・福建龙岩模拟)利用下列反应可以将粗银转化为纯度达

99.9%的高纯银。

反应一:Ni(粗,s)+4C0(g)J。〜8。6Ni(CO)4(g)ΔH<0

反应二:Ni(CO)4(g)J8o〜2。。"Ni(纯,s)+4C0(g)ΔH>0

下列说法错误的是(C)

A.对于反应一,适当增大压强,有利于Ni(Co)4的生成

B.提纯过程中,CO气体可循环使用

C.升高温度,反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大

D.对于反应二,在180~200℃,温度越高,Ni(C0)4(g)的转化率越高

解析:反应一的正反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡右移，

有利于Ni(Co)4的生成,A正确；反应一以CO为原料,反应二产生C0,

故Co可以循环使用，B正确;升高温度,反应一和反应二的反应速率都

增大,C错误;反应二的正反应是吸热反应,在180〜200℃,温度越高,

反应进行的程度越大,Ni（CO）4（g）的转化率越高,D正确。

2.（2021・广东广州联考）氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,其反应

机理如图1;在1L密闭容器中充入1molNH3和2mol测得有关

产物的物质的量与温度的关系如图2o

下列说法错误的是（C

-Rh合金的目的是提高反应的速率

B.氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右

C.520℃时,NH3的转化率为40%

D.840℃以上,发生了反应:2N0（g）—2（g）+N2（g）ΔH>0

解析:PjRh合金作催化剂可以降低活化能,加快反应速率,选项A正

确;根据图示可知840℃氨的催化氧化生成No最多,选项B正确;520℃

时,生成0.2molNO和0.2molN2,根据氮原子守恒可知有0.6molNH3

转化，即转化率为60%,选项C错误;840℃以上的产率上升、NO的

产率下降,说明发生了反应2N0（g）~2（g）+N2（g）,升高温度,氮气的

产率增加，说明该反应的正反应是吸热反应，AH>0,选项D正确。

引归纳总结

化工生产适宜条件选择的一般原则

条件原则

从化学反应

既不能过快又不能太慢

速率分析

从化学平衡移动既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性又

分析要注意两者影响的矛盾性

从原料的利用率增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率，

分析从而降低生产成本

从实际生产能力

如设备承受高温、高压能力等

分析

从催化剂的使用

注意催化剂的活性对温度的限制

活性分析

遨组三＞工业合成氨分析

3.工业合成氨的流程图如图所示:

下列有关工业合成氨生产条件的分析正确的是（D）

A.步骤①中“净化”的步骤没有必要

B.步骤②采用的压强是2义IOTa,因为在该压强下催化剂的活性最

大

C.步骤③温度可高于500℃,因为温度升高,正反应速率增大,逆反应

速率减小

D.步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本

解析:为防止催化剂中毒,反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净

化,故A错误;工业合成氨的反应是气体体积减小的反应,增大压强加

快反应速率,平衡正向进行,能增大反应物转化率,步骤②采用的压强

是2XIOTa,同时考虑对设备强度要求、生产成本,与催化剂的活性无

关,故B错误；温度升高,正反应速率增大,逆反应速率也增大,步骤③

温度用500℃是因为该温度下催化剂活性最大,故C错误;④液化氨

气平衡正向进行,反应物转化率增大,⑤氮气和氢气循环使用有利于

提高原料的转化率,故D正确。

4.(2021•山东济南模拟)哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而

获得诺贝尔奖,N2和乩生成NH3的反应为却2(g)+¾2(g)-NH3(g)△

H(298K)=-46.2kJ∙moll,在Fe的催化作用下的反应历程如下(*表

示吸附态)

化学吸附：N2(g)—2N*;H2(g)-2H*。

表面反应:N*+H*—NH*;NH*+H*一N%*;NH2*+H⅛NH3∖

脱附:N%*-A(g)°

其中,弗的吸附分解反应活化能高、反应速率慢,决定了合成氨的整体

反应速率。请回答下列问题。

(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有(填字母,下同)。

C.低压

XlOTa左右,原料气中N2和乩物质的量之比为1：2.8。分析说明原

料气中岫过量的两个理

由、

____________________________________________________________________________________________________O

(3)下列关于合成氨工艺的理解,正确的是o

B.当温度、压强一定时,在原料气⑹和乩的比例不变)中添加少量惰

性气体,有利于提高平衡转化率

3易液化,不断将液氨移去,有利于反应正向进行

2,通过天然气和水蒸气转化可得即原料气须经过净化处理，以防止催

化剂中毒和发生安全事故

解析：(l)∣N2(g)+∣H2(g)=^≡NH3(g)

ΔH(298K)=-46.2kJ-moL是气体体积减小的放热反应,低温有利于

平衡正向进行,提高氨气产率,A正确,B错误;低压平衡逆向进行,不

利于提高氨气产率,C错误,D正确;催化剂只改变反应速率,不改变化

学平衡,不能提高氨气产率,E错误。

⑵原料中岫和乩物质的量之比为1：2.8,原料气中岫过量是因为原

料气中岫相对易得,适度过量有利于提高出的转化率;凡在Fe催化剂

上的吸附是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。

⑶机(g)+凯(g)一N⅛(g)ΔH(298K)=-46.2kJ∙moL是气体体

积减小的放热反应,合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于

零,A正确；当温度、压强一定时,在原料气⑹和乩的比例不变)中添

加少量惰性气体,总压增大,分压不变,平衡不变,不能提高平衡转化

率,B错误;产物NH3易液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行,C正

确;合成氨的反应在合成塔中发生,原料气中的岫是从空气中分离得

来,先将空气液化,再蒸储得M甲烷与水在高温、催化剂条件下生成

CO和H2,原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事

故,D正确。

答案：(I)AD(2)原料气中M相对易得,适度过量有利于提高乩的转

化率岫的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高

整体反应速率(3)ACD

走进新高考

1.(2021•浙江6月选考，17)相同温度和压强下，关于物质端的大小

比较,合理的是(B)

A.1molCH4(g)<1molH2(g)

B.1molH20(g)<2molH2O(g)

C.1molH20(S)>1molH2O(I)

D.1molC(s,金刚石)>1molC(s,石墨)

解析:CHKg)和Mg)物质的量相同，且均为气态,CH1(g)含有的原子

总数多,CH(g)的摩尔质量大,所以嫡值1molCH,1(g)>lmolH2(g),A

错误;相同状态的相同物质，物质的量越大,熠值越大,所以焙值1mol

H20(g)<2molH2O(g),B正确;等物质的量的同物质,嫡值关系为

S(g)>S⑴>S(s),所以嫡值1molH20(S)<1molH2O(l),C错误;从金

刚石和石墨的结构组成上来看,金刚石的微观结构更有序,烯值更低，

所以熠值1molC(s,金刚石)<1molC(s,石墨)，D错误。

2.(2020•全国I卷,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品，接触

法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO?(g)+⅛2(g)-≡≡

SO3(g)

ΔH=-98kJ∙moΓ'0回答下列问题：

(1)当S(Ug)、(λ(g)和M(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%

和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SCh平衡转化率ɑ

随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=,

判断的依据

是o影响a的

因素有_o

(2)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(；T)(I-na')。

a

式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大；a为SCh平衡转化率，

ɑ'为某时刻SOz转化率,n为常数。在a'=0.90时一,将一系列温度下

的k、a值代入上述速率方程,得到V〜t曲线,如图所示。

10

8

6

4

45∞

20460540

血

曲线上V取大值所对应温度称为该α'下反应的取适宜温度tw。t<tm

时,v逐渐提高;t>3后,v逐渐下降。原因

是_______________________________________________________

解析：⑴SO2(g)+⅛2(g)=S(λ(g),该反应是一个气体分子数减少的

放热反应,故增大压强可以使化学平衡向正反应方向移动。因此,在相

同温度下,压强越大,S02的平衡转化率越大,所以,该反应在550℃、

压强为5.0MPa条件下,SO?的平衡转化率一定高于相同温度下、压强

为2.5MPa的，因止匕,p1=5.0MPa,由图中数据可知,α=0.975。影响α

的因素就是影响化学平衡移动的因素,主要有反应物(S02和O2)的起

始浓度、温度、压强等。

⑵由于该反应是放热反应,温度升高后ɑ降低。由题中信息可

n0

知,v=k(二-1)∙(l-na'),升高温度,k增大使V逐渐提高,但a降

a

低使V逐渐下降。当时,k增大对V的提高大于a引起的降低；当

t此后,k增大对V的提高小于a引起的降低。

答案：(1)0.975该反应为气体分子数减少的反应,增大压强，a提高。

该反应在550℃