2026版高考化学第一轮复习：真题演练第七章化学反应速率与化学平衡第34化学反应的方向与调控

/第34讲化学反应的方向与调控1．(2022·浙江1月选考卷)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是()A．ΔH和ΔS均大于零B．ΔH和ΔS均小于零C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零[答案]D[解析]强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如NaHCO3等，故在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度增加，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，故整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS>0，反之，熵减，即ΔS<0。综上所述，D项符合题意。2．(1)(2021·湖南选择考节选)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运。一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋90.8kJ·mol－1。已知该反应的ΔS＝198.9J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填标号)。A．25℃ B．125℃C．225℃ D．325℃(2)(2021·浙江6月选考节选)含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)=CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－11.9kJ·mol－1。判断该反应的自发性并说明理由___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解题关键点拆解](1)怎样判断氨气分解的温度？提示：已知ΔH和ΔS，可以运用ΔG＝ΔH－TΔS<0求解反应自发进行的温度。(2)怎样判断并说明制备SO2反应的自发性？提示：该反应的ΔS>0，可以运用ΔG＝ΔH－TΔS是否小于0来判断反应的自发性。[答案](1)CD(2)任何温度下都能自发进行，是因为ΔH<0、ΔS>0[解析](1)ΔG＝ΔH－TΔS<0时，正反应能自发进行，其中ΔH＝＋90.8kJ·mol－1，ΔS＝198.9J·mol－1·K－1，则T>eq\f(ΔH,ΔS)＝eq\f(90.8×103J·mol－1,198.9J·mol－1·K－1)≈456.5K＝183.35℃，选项C、D正确。(2)实验室用铜与浓硫酸反应制备少量SO2的反应为Cu(s)＋2H2SO4(l)=CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－11.9kJ·mol－1，由于该反应ΔH<0、ΔS>0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0始终成立，说明该反应在任何温度下都能自发进行。3．(2022·辽宁卷，18节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1ΔS＝－200J·K－1·mol－1。回答下列问题：(1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。(2)________(填“高”或“低”，下同)温有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500℃。针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。(3)方案二：M-LiH复合催化剂。下列说法正确的是________(填字母)。a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率c．温度越高，复合催化剂活性一定越高(4)某合成氨速率方程为v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝________；实验eq\f(cN2,mol·L－1)eq\f(cH2,mol·L－1)eq\f(cNH3,mol·L－1)eq\f(v,mol·L－1·s－1)1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为________(填字母)。a．有利于平衡正向移动b．防止催化剂中毒c．提高正反应速率[答案](1)能(2)高低(3)a(4)－1a[解析](1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4kJ·mol－1－298K×(－0.2kJ·K－1·mol－1)＝－32.8kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发。(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。(3)由题图可知，300℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。(4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确，c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。4．(1)(2022·湖南选考卷，17节选)已知，ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据如图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是________。A．C(s)＋O2(g)=CO2(g)B．2C(s)＋O2(g)=2CO(g)C．TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋CO2(g)(2)(2022·浙江1月选考卷，29节选)在C和O2的反应体系中：反应①：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－394kJ·mol－1反应②：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH2＝－566kJ·mol－1反应③：2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH3设ΔG＝ΔH－TΔS，反应①、②和③的ΔG随温度T的变化关系如图所示。图中对应于反应③的线条是________。[答案](1)C(2)a[解析](1)由题图可知，600℃时C(s)＋O2(g)=CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意；由题图可知，600℃时2C(s)＋O2(g)=2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意；由题图可知，600℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋CO2(g)可由C(s)＋O2(g)=CO2(g)与TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)相加得到，再根据题给图像中的数据可得，600℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。(2)由已知方程式：(2×反应①－反应②)可得反应③，结合盖斯定律得ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222kJ·mol－1，反应①前后气体分子数不变，升温ΔG不变，对应线条b，升温促进反应②平衡逆向移动，气体分子数增多，ΔG值增大，对应线条c，升温促进反应③平衡逆向移动，气体分子数减少，ΔG值减小，对应线条a。5．(2023·辽宁选择考节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。(1)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：NO2＋SO2＋H2O=NO＋H2SO42NO＋O2=2NO2(ⅰ)上述过程中NO2的作用为______________________________________。(ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。(2)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－98.9kJ·mol－1(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是________。a．温度越高，反应速率越大b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率c．α越大，反应速率最大值对应温度越低d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是________(填标号)。[答案](1)(ⅰ)催化剂(ⅱ)反应中有污染空气的NO和NO2放出，影响空气环境、NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质、产率不高(答案合理即可)(2)(ⅰ)cd(ⅱ)d[解析](1)(ⅰ)根据所给的反应方程式，NO2在反应过程中先消耗再生成，说明NO2在反应中起催化剂的作用。(ⅱ)铅室法在反应中有污染空气的NO和NO2放出，影响空气环境、同时作为催化剂的NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质影响产品质量、产率不高(答案合理即可)。(2)(ⅰ)根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快，但在转化率小于88%时的反应速率图像并没有给出，无法判断α＝0.88的条件下是平衡转化率，b错误；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗，d正确。(ⅱ)为了提高催化剂的综合性能，科学家对催化剂进行了改良，从图中可以看出标号为d的催化剂V-K-Cs-Ce对SO2的转化率最好，产率最佳，故答案选d。本讲要点速记：1．焓变、熵变和温度对化学反应进行方向的影响2．化学反应的调控基本要求(1)符合设备条件、操作安全、经济成本低等；(2)原料利用率高；(3)反应快，产量高。3