高考化学一轮复习教案：化学反应原理在物质制备中的调控作用

第4课时核心价值——化学反应原理在物质制备中的调控作用(学科本质价值)

博］核心价值领储价值引领立德树人

化学反应原理在物质制备中的调控作用是高考命题的热点，要求考生认识化学反应速率

和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用，知道催化剂可以改变反

应历程，对调控反应速率具有重要意义；要求考生结合生产实例(如合成氨、汽车尾气处理、

塑料的工业合成等)，从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应，发展“绿色化学”

的观念和辩证思维的能力。此类试题大多与化工生产实际相联系，要求考生用化学视角审视

实际问题，具备正确的化学观念，如物质观、反应观、能量观、平衡观等，体现化学学科的

本质价值。

一、化学反应进行的方向

1.自发反应

在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

睡超自发反应是化学反应，如水蒸气冷凝得到液态水属于自发过程，但不是自发反

应。

2.熠和炳变

(1)燧的含义

燧是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。

(2)幅变的含义

燧变是反应前后体系燧的变化，用AS表示，化学反应的AS越大，越有利于反应自发

进行。

3.判断化学反应进行的方向

烯放热过程中体系能量降低，ZXH三0,具有自发进

判行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故

据烯变只是影响反应方向的一种因素

①嫡的大小:同种物质.嫡值:气态>液态〉固态

炳

②炳判据:体系的混乱度增加(即嫡增)*o,反

判

应有自发进行的倾向,但有些嫡减的过程也能自发

据

进行.故炳变只是影响反应方向的一种因素

复

(NO,反应不能自发进行

A口

AH-TAS<二3反应达到平衡状态

判

W0.反应能自发进行

据

题圈对于一个特定的气相反应，嫡变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量

数大小。

二、化学反应的调控

1.控制反应条件的目的

(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的

转化率，从而促进有利的化学反应进行。

(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消

除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。

2.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。

(3)应用示例

以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件

I

①反应原理：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH=-92.4kJmoFo

一可逆反应

②|反应特点|——正向为放热反应

-正向为气体物质的易减少的反应

③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件

加快反升裔温度.增大压强（反应物浓度）*

应速率使用催化剂

反应条件

的选择

提高转化率增大压强（反应物浓度）.

平衡移动_―降低温度

④综合考虑一选择适宜的生产条件

条件温度压强投料比催化剂循环操作

采用循环操作

n(N2)__1_

具体内容400―500℃10〜30MPa铁触媒提高原料利用

n(H2)-2.8

率

网核心价值拔;糜价值导向以考促学

下列说法中正确的是（）

A.（2020・江苏卷）反应SiCl4（g）+2H2（g）=^^Si（s）+4HCl（g）可用于纯硅的制备，该反

应AH>0、AS<0

B.（2019・江苏卷）一定温度下，反应2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）能自发进行，该反应的

△H<0

C.（2018・江苏卷）反应4Fe（s）+3C）2（g）=2Fe2O3（s）常温下可自发进行，该反应为吸热反

应

D.（2017・江苏卷）反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的AKO,30

涉及纯硅制备、氢气与氧气反应、

、/1基础性k铁与氧气反应、合成氨等________

四翼”考查H

'像硒判断自发反应的△「、AS的正负等

B[SiCL（g）与H2（g）反应的正反应是气体分子数增多的反应，则有AS>0,A项错误；

H2（g）与O2（g）反应的ASO,一定温度下反应能自发进行，则TAS<0,则有AHO,B

项正确；反应4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3⑸的AS<0,常温下可自发进行，则有AH<0,该反

应为放热反应，C项错误；反应N2（g）+3H2（g"2NH3（g^AS<0,D项错误。]

L►方法指导，

根据综合判据“AH—TAS”判断自发反应的方向

AS

AH<0AH>0

AS>0AS>0

所有温度下反应高温下反应

都自发进行自发进行AH

A//<0°AH>0

A5<0AS<0

低温下反应所有温度下反应

自发进行都不自发进行

［训练1］（2021•山东聊城检测）下列各项判断完全正确的是（）

选项变化AHA5方向性

A玲。(1)一H2O(g)>0<0非自发

自发

B2NO2(g)-N2O4(g)<0<0

C2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)>0>0自发

D<0>0非自发

NH4C1(S)-------NH3(g)f+HCl(g)f

B［液态水转化为气态水是嫡增加的过程，A项错误；Nth转化为N2O4为化合反应，

该反应是放热的、嫡值减小常温下就能发生的可逆反应，属于自发反应，B项正确；该反应

是放热反应，C项错误；NH4cl受热分解反应属于吸热反应，D项错误。］

［训练2］（2020•河南开封期初调研）下列说法正确的是（）

A.2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的AH>0

B.反应NH3（g）+HCl（g）=NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的

C.CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的△“<（）

D.常温下，反应C（s）+CO2（g）=2CO（g）不能自发进行，则该反应的

B［该反应自发进行，则AH—TAS<0,即又知7>0、AS<0,贝!I△//<（）,B

项正确。］

（1）（2020•全国卷III,28题节选）二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CCh的热点

研究领域。二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低

碳烧。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当

（2）（2020•山东卷，18题节选）CC）2（g）+3H2（g）wCH30H（g）+H2O（g）AM=—49.5kJ-moP

1

为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为（填标

号)。

A.低温、IWJ压B.IWJ温、低压

C.低温、低压D.温、iWi压

涉及二氧化碳催化加氢制乙烯、二氧

、/［臻丽七碳制取甲.等___________________

［“四翼”考查，结合反应特点，考虑反应速率和平衡

-------------、质丽r转化率，连滓谷适的反应条件

解析(1)根据外界条件对速率的影响，可知在一定温度和压强下，选择合适的催化剂

可提高反应速率，同时使合成乙烯的主反应较多地发生，而副反应被抑制(即反应的选择性)。

(2)该反应为A//<0,气体系数减小的反应，生成甲醇的反应是放热、气体分子数减小

的反应，且由图乙可知在较低温度下C02的平衡转化率较高，应选择低温、高压，故A项

正确。

答案(1)选择合适催化剂等(2)A

［训练引(2021•四川新津中学检测)据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成

乙醇(CH3cH2OH)已成为现实：2co2(g)+6H2(g户CH3cH20H(g)+3H2<D(g)。下列叙述错误的

是()

A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率

B.升高温度，该反应平衡常数(㈤一定增大

C.充入大量CO2气体可提高的转化率

D.从平衡混合气体中分离出CH3cH20H和H2O,可提高CO2和H2的利用率

B［因催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，则在一定时间内提高了生产效率，

A项正确；反应需在300。。进行是为了获得较快的反应速率，不能说明反应是吸热还是放热，

则K不一定增大，B项错误；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，

C项正确；从平衡混合物中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，

D项正确。］

［训练4］(2021・湖北武汉联考)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

⑴利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)+2b(g户TaL(g)+

S2(g)AH>0(I)。如图所示，反应(I)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未

提纯的TaS2粉末和少量b(g),一段时间后，在温度为Ti的一端得到了纯净TaS2晶体，则温

度71(填或“=")及。上述反应体系中循环使用的物质是。

温度。端温度％端

,II

T■aS2晶体加热炉TaS?粉末

(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g户CH30H(g)。CO在不同温度下的

平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应AH(填”>”或“<”)0。实际生产

条件控制在250℃、1.3X104kPa左右，选择此压强的理由是

co的平衡转化率/%

解析(1)由题意知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS?

+2I2=TaI4+S2,②Tal4+S2=TaS2+2L,即反应(I)先在温度八端正向进行，后在温度

Ti端逆向进行，反应(I)的大于0,因此温度Ti小于T2,该过程中循环使用的物质是L

⑵从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，则△»<(),综合温度、压强对CO转

化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。

答案(D<L

(2)<在1.3X104kpa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同

时生产成本增加，得不偿失

训练(三十七)化学反应原理在物质制备中的调控作用

⑨综合性

1.(2021•广西南宁二中检测)汽车尾气(含烧类、CO、NO与SO2等)，是城市主要污染

源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与

大气生态循环的无毒气体，反应原理:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),在298K、101kPa

下，AH=-H3kJ/mokAS=-145J/(mol-K)o下列说法中错误的是()

A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

B.该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂

C.该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率

D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒

B［该反应是放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，A项正确；在298K、

101kPa下，AH=-113kJ/mohAS=-145J/(molK),则有AH—TAS=(—113kJ/mol)-

298KX［-0.145kJ/(mol-K)］=-69.79kJ/mol<0,该反应常温下能自发进行，高温和催化剂

只是加快反应的速率，B项错误，C项正确；NO、CO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D

项正确。］

2.(2021•安徽六校第一次联考)工业上可通过甲醇瑛基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：

CH3OH(g)+CO(g)^HCOOCH3(g)0在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH30H和

CO,测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是()

0

955

芸950

)

褂

7945

y

/940

0.

05

93.

93.0

7075808590

温度(。。

A.增大压强，甲醇转化率增大

B.b点反应速率。正=。逆

C.平衡常数K(75℃)>K(85℃),反应速率：vb<vA

D.生产时反应温度控制在80〜85℃为宜

B［增大压强，平衡正向移动，甲醇转化率增大，A项正确；b点处于图中最高点左侧,

b点CO转化率未到达平衡值，此时反向正向进行，故b点反应速率。正速，B项错误；温

度升高，反应速率加快，d点温度高于b点，则反应速率：办<加；CO转化率达到最大值

后，升高温度，CO的转化率降低，说明达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数

减小，则该反应是放热反应，平衡常数K(75℃)>K(85℃),C项正确；图中在80〜85℃时,

CO转化率较大，故生产时反应温度控制在80〜85℃为宜，D项正确。］

3.(2021•河北衡水中学调研)335℃时，在恒容密闭反应器中1.00molCioHi8⑴催化脱氢

的反应过程如下：

反应1:CioHi8(l)^CioHi2(l)+3H2(g)AHi

反应2:CioHi2(l)-CioH8(l)+2H2(g)AH2

测得C1OH12和CloHs的产率X!和X2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能

量变化如下图所示。下列说法错误的是()

反应过程

A.催化剂能改变反应历程

B.更换催化剂后，AHi、A“2也会随之改变

C.8h时，反应2未处于平衡状态

D.处显著低于X2,是因为反应2的活化能比反应1的小，反应1生成的C10H12很快转

变成CioHg

B［使用催化剂，产生多种中间产物，改变反应历程，A项正确；焙变(AH)取决于反应

物具有的总能量和生成物具有的总能量，更换催化剂后，反应历程改变，但AM、A”2不会

随之改变，B项错误；图中8h后，CioHg的产率及逐渐增大，故反应2未处于平衡状态，

C项正确；由图可知，反应1的活化能大于反应2的活化能，则反应1的速率比反应2的速

率慢，反应1生成的C10H12很快转变成C10H8,故为显著低于必，D项正确。］

⑥应用性

4.(2021•山东肥城检测)氢能作为新型能源，可利用CO制得，北京大学马丁教授等团

队向容积为VL的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应。

已知：

反应I：FeO(s)+CO(g)^Fe(s)+CO2(g)AHi

反应H：FeO(s)+H2(gXFe(s)+H2O(g)Aft

反应III：CO(g)+H2O(g)-CO2(g)+H2(g)NH

反应III在不同催化剂作用下(反应相同时间)，温度与CO转化率的关系如图所示。

100

⑴反应III的△”与AHi、AH?关系式：NH=。

(2)若反应I和反应II的平衡常数分别为K和K2,则反应III的平衡常数K与KI、心的

关系式：K-o

(3)随着温度的升高，CO的转化率先升后降，“后降”的可能原因是

(4)由图可知，0(填“大于”或“小于”)，催化剂应选择(填“Au/a

MoC”或“Au/aMoC/NaCN”)。

(5)己知T=1025K时，K=l。则平衡时CO的转化率a(CO)=。当T>1025K

时，平衡时，H2的体积分数s的取值范围为o此时，CO还原FeO(s)的能力

氏(填“大于”或“小于”)。

(6)欲提高H2的体积分数，可采取的措施为-

解析(1)由反应I—II可得反应III,根据盖斯定律，则反应III的△心。

(2)由于反应I—n=ni,反应I和ii的平衡常数分别为Ki和K2,则反应ni的平衡常数

%yKi

为K=KO

(3)由图可知，催化剂的催化活性随温度先增大后减小，温度过高，催化剂的催化活性

下降，会引起CO的转化率降低。

(4)由图可知，随着温度的升高，CO平衡转化率逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移

动，则该反应的AH<0。由图可知，催化剂Au/a-MoC在较低温度时具有较高的催化活性，

故催化剂应选择Au/a-MoCo

(5)起始时CO和H2O(g)的物质的量相等，假设均为1mol,由于反应CO(g)+H2O(g户

CO2(g)+H2(g)前后气体总分子数不变，平衡常数K=l,则平衡时四种物质的物质的量均为

0.5mol,故CO的平衡转化率为半翳X100%=50%o1025K时，比的体积分数为25%；

升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时H2的体积分数减小，但肯定大于0,故H2的体

积分数取值范围为O<co<25%=

(6)欲提高H2的体积分数，可采取的措施有及时分离出CO2,或降低温度等。

答案(DAHi—AH?⑵患

(3)温度过高，催化剂的催化活性下降

(4)小于Au/a-MoC

(5)50%0«o<25%小于

(6)及时分离出CO2(或降低温度)

5.(2021•河北石家庄二中检测)苯乙烯()是生产各种塑料的重要单

体,可通过乙苯催化脱氢制得：乂'Hs(g).催化剂+H?(H

AH=+123.5kJ-moP10工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N?(原料气中乙苯和N2的物

质的量之比为1：10,用不参与反应)，控制反应温度为600°C,并保持体系总压为0.1MPa

不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的

选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为

100

80

60