适用于新高考新教材浙江专版2025届高考化学一轮总复习第7章化学反应速率与化学平衡第29讲化学反应的方向与调控课件新人教版

第29讲化学反应的方向与调控选考目标要求1.了解熵、熵变的含义,会用复合判据判断反应进行的方向,知道化学变化需要一定的条件,并遵循一定规律。2.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用,运用可以调控原理解决实际问题。命题分析在2021年和2022年的选考题里均出现了化学反应的方向与调控的选择题,该考点在今后的考查中也可能出现在填空题里。知识点一化学反应的方向落实主干基础1.自发反应在一定温度和压强下,无需外界帮助就能自动进行的反应。2.化学反应方向的判据(1)焓判据放热过程中体系能量降低,ΔH<0,具有自发进行的倾向,但有些吸热反应也可以自发进行,故只用焓变判断反应方向不全面。(2)熵判据①熵:描述体系混乱程度的物理量,符号为S,熵值越大,体系混乱度越大。②熵判据:体系的混乱度增大,ΔS>0,反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行,故只用熵变判断反应方向也不全面。名师点拨常见的熵增过程(1)气体的扩散;(2)同一物质不同状态:S(g)>S(l)>S(s);(3)反应前无气体,反应后有气体产生的过程;(4)反应前后都有气体,但气体的物质的量增加的反应。(3)焓变、熵变与反应方向在温度、压强一定的条件下,化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的复合判据为ΔH-TΔS。[练一练]1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)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。(

)(2)过程自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程发生的速率。(

)(3)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应。(

)××√2.已知:(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)

ΔH=+74.9kJ·mol-1。下列说法中正确的是(

)A.该反应中熵变、焓变都大于0B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应A解析

该反应的ΔH=+74.9

kJ·mol-1>0,因为反应前为固体,反应后有气体生成,所以混乱度增加,熵变大于0,A正确;吸热反应不一定不能自发进行,B错误;熵增加的反应不一定能自发进行,C错误;NH4Cl与Ba(OH)2的反应在常温下能自发进行,该反应是吸热反应,D错误。突破命题视角角度一

自发反应的判断1.(2023·浙江新昌中学检测)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>0B解析

利用ΔG=ΔH-TΔS进行分析,凡ΔG<0的反应,能自发进行。A项,反应2O3(g)===3O2(g),ΔH<0,ΔS>0,该反应一定能自发进行,A不合题意;B项,反应2CO(g)===2C(s)+O2(g),ΔH>0,ΔS<0,该反应一定不能自发进行,B符合题意;C项,反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g),ΔH<0,ΔS<0,该反应在低温下能自发进行,C不合题意;D项,反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g),ΔH>0,ΔS>0,该反应在高温下能自发进行,D不合题意。2.(2023·浙江金华一中检测)下列说法不正确的是(

)A.ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行B.NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)

ΔH=+185.57kJ·mol-1能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D.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的速率C解析

反应的ΔH<0、ΔS>0,则始终存在ΔG=ΔH-TΔS<0,在任何温度下该反应都能自发进行,A正确;反应NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0,则高温下存在ΔH-TΔS<0,若该反应能自发进行,说明体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向,B正确;ΔH、ΔS都与反应的自发性有关,但要根据ΔG=ΔH-TΔS判断反应的自发性,不能将ΔH或ΔS单独作为反应自发性的判据,C错误;在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变反应的活化能,从而改变反应速率,D正确。角度二

化学反应方向的综合分析3.(2023·浙江绍兴一中月考)反应2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

ΔH<0可实现CO2的资源化,下列说法正确的是(

)A.上述反应在任何温度下均可自发进行B.上述反应每消耗1molCO2同时形成7molσ键C.上述反应平衡常数K=D.催化剂可以降低上述反应的焓变,提高化学反应速率B4.(2023·浙江安吉高级中学月考)化学热泵技术作为一种高效环保的节能新技术一直以来广受关注,氨基甲酸铵可应用于化学热泵循环。将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)粉末置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:温度/℃15.020.025.030.035.0平衡总压强/kPa5.78.312.017.124.0

2.43.44.86.89.4下列说法正确的是(

)A.该反应的ΔH<0,该反应在较低温度下能自发进行B.25℃时平衡常数的值K≈1.6×10-8C.当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明该反应达到化学平衡状态D.再加入少量NH2COONH4平衡正向移动B解析

在容积不变的密闭容器中,平衡气体总浓度随温度的升高而增大,该反应的反应物是固体,生成物是气体,所以升高温度,平衡正向移动,故该反应的ΔH>0,ΔS>0,能自发进行需ΔG=ΔH-T·ΔS<0,故该反应在较高温度下能自发进行,A错误;根据表中数据25

℃时平衡气体总浓度为4.8×10-3

mol·L-1,又根据反应可知,平衡气体中NH3和CO2的物质的量浓度之比恒为2∶1,故平衡时:c(NH3)=3.2×10-3

mol·L-1,c(CO2)=1.6×10-3

mol·L-1,故平衡常数的值K=c2(NH3)·c(CO2)=(3.2×10-3)2×1.6×10-3≈1.6×10-8,B正确;容器中CO2的体积分数一直不变,不能作为该反应达到化学平衡状态的判断依据,C错误;由于NH2COONH4为固体,再加入少量NH2COONH4平衡不移动,D错误。知识点二化学反应的调控落实主干基础1.影响化学反应进行的因素(1)参加反应的物质的组成、结构和性质等自身因素。(2)温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。2.化学反应的调控(1)含义:通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。(2)考虑实际因素①结合设备条件、安全操作、经济成本等情况,综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。②根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求作出分析,权衡利弊,才能实施生产。[练一练]下图是工业合成氨的工艺,根据流程解答下列问题:(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,其热化学方程式如下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1,结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率?哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率?提示

升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等,都可以使合成氨的反应速率增大;降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氮气或氢气的转化率。(2)工业合成氨中,使用铁触媒作催化剂。①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么?②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗?简述理由。③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗?提示

使用铁触媒作催化剂改变了反应历程,降低了反应的活化能,提高了活化分子的百分数,反应速率加快。提示

不能。因为催化剂对化学平衡无影响。

提示

能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行,反应速率大,单位时间里生产的氨气的量多。

(3)合成氨时一般采用的压强为10MPa~30MPa的原因是什么?提示

合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是,压强越大,对材料的强度和设备的要求也越高,增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强为10

MPa~30

MPa。

突破命题视角角度一

合成氨条件的选择1.合成氨反应的正反应是气体分子数减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下:下列关于合成氨工业的说法中不正确的是(

)A.混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B.合成氨反应需要在低温下进行C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D.使用催化剂可以提高反应的速率,但是不能使平衡向正反应方向移动B解析

降低温度,反应速率减慢,为保证速率较快,催化剂的活性高,产物的产率又不低,应选择适宜的温度,B错误。2.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH<0,下列说法中正确的是(

)A.达到平衡后充入N2,当重新达到平衡时,NH3的浓度比原平衡的大,N2的浓度比原平衡的小B.达到平衡后,升高温度,既增大了正、逆反应速率,又提高了NH3的产率C.达到平衡后,缩小容器容积,既有利于增大正、逆反应速率,又有利于提高氢气的转化率D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间,是因为正反应速率增大,而逆反应速率减小C解析

达到平衡后,充入N2,平衡向正反应方向移动,达到新平衡后,NH3的浓度会增大,而N2的浓度不比原平衡小,A错误;达到平衡后,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡向逆反应方向移动,不利于NH3的生成,B错误;达到平衡后,缩小容器容积即增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,有利于提高H2的转化率,C正确;一般来说,加入催化剂,能同等程度地增大正、逆反应速率,缩短反应达到平衡的时间,D错误。角度二

其他工业生产条件的分析3.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)(正反应吸热),将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是(

)甲

乙丙A.由图甲可知,x小于0.1B.由图乙可知,丁烯产率先增大后减小,减小的原因是氢气是产物之一,随着

增大,逆反应速率减小C.由图丙可知,丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动D.由图丙可知,丁烯产率在590℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物答案

B解析

增大压强,平衡逆向移动,则丁烷的平衡转化率减小,结合图像可知,x小于0.1,A项正确;加入氢气,平衡逆向移动,丁烯产率上升的可能原因是通入的H2对催化剂有活化作用,减小的原因是氢气是产物之一,而随着

增大,逆反应速率增大,B项错误。4.乙烯是石油化工最基本的原料之一。(1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)

ΔH1>0。提高乙烷平衡转化率的措施有

、

。

(2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应

(填“a”“b”或“c”)的活化能,判断的依据是

。

减小压强

升高温度

a

制备的目标产品是C2H4,b、c均为副反应,应加快反应a的反应速率

(3)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因