专题04 化学反应的方向和调控（期末复习讲义）高二化学上学期人教版（原卷版）

1/3专题04化学反应的方向和调控（期末复习讲义）内容导航明·期末考情：把握考试趋势方向，精准备考理·核心要点：系统归纳知识脉络，构建体系破·重难题型：攻克典型疑难问题，突破瓶颈过·分层验收：阶梯式检测与评估，稳步提升考查重点命题角度化学反应的方向化学反应的方向与焓变和熵变的关系化学反应的调控反应速率和化学平衡的综合调控复合判据的应用利用复合判据判断反应自发进行所需条件要点01自发过程与自发反应1.自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以的过程。例如高山流水、自由落体。(2)特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。(3)非自发过程：在一定条件下，需持续才能进行的过程。2.自发反应(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。(3)自发反应具有，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。自发反应能够实际发生，发生时速率也不一定大。归｜纳｜总｜结(1)自发反应可被用来做“有用功”。(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。(3)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。(4)非自发反应在一定条件下能发生。要点02化学反应进行方向的判据1.焓变与化学反应的方向放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，利用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。大多数放热反应是可以的。有些吸热反应也可以，如：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH＝+109.8kJ·mol-1，故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。只用焓判据判断反应是否自发不全面。2.熵变与化学反应的方向(1)熵值大小①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。②同一种物质的熵值：S(g)>S(l)>S(s)；同一条件下，不同物质的熵值不同。(2)熵变与化学反应进行方向的关系①自发进行的化学反应大多是的过程，有些熵减的过程也能。不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。②与环境既没有物质交换也没有能量交换的孤立体系或绝热体系，自发过程才向着熵增的方向进行。3.自由能与化学反应的方向(1)自由能变化符号为ΔG，单位为kJ·mol-1。(2)自由能变化与焓变、熵变的关系ΔG＝ΔH-TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。归｜纳｜总｜结反应方向与自由能的关系化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。①当ΔG<0时，反应能；②当ΔG＝0时，反应处于；③当ΔG>0时，反应不能。类型ΔHΔSΔG反应的自发性1<0>0<0一定能自发2>0<0>0一定不能自发3<0<0正负决定于温度低温能自发4>0>0高温能自发要点03理论分析合成氨反应的条件1.合成氨反应的特点合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝-92.4kJ·mol-1，ΔS＝-198.2J·mol-1·K-1。(1)自发性：常温(298K)下，ΔH-TΔS<0，能。(2)可逆性：反应为。(3)熵变：ΔS<0，正反应是气体的反应。(4)焓变：ΔH<0，正反应是。2.原理分析根据合成氨反应的特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。条件提高反应速率提高平衡转化率压强温度催化剂浓度3.数据分析根据在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。要点04实际工业合成氨的适宜条件1.工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。(1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。(2)选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量。(3)考虑设备的要求和技术条件等。2.合成氨反应的适宜条件(1)压强目前我国的合成氨厂一般采用的压强为。

压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。(2)温度实际生产中一般采用的温度为。

温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，且铁触媒在500℃左右时的活性最大(3)催化剂①目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分，又称铁触媒。②即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。(4)浓度及时将氨气从反应混合物中出去，将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。(5)投料比①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步。N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率，适当提高N2比例，加快合成氨的速率实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8。

3.合成氨的生产流程示意图题型01自发过程和自发反应【典例1】下列关于自发过程的叙述正确的是()A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程【变式1-1】下列关于自发过程的叙述正确的是()A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程【变式1-2】下列说法不正确的是()A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B．某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增反应C．碳酸铵[eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH4))2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一个熵减反应题型02反应焓变与反应方向【典例2】下列关于化学反应的焓变的叙述正确的是()A.化学反应的焓变与反应的方向无关B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向C.焓变为正的反应都是吸热反应D.焓变为正的反应都能自发进行【变式2-1】下列自发反应可用焓判据来解释的是()A.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH＝+56.7kJ·mol-1B.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH＝+74.9kJ·mol-1C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)ΔH＝-571.6kJ·mol-1D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)ΔH＝+178.2kJ·mol-1【变式2-2】下列对于化学反应方向说法正确的是()A.常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0B.4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(g)=4Fe(OH)3(s)的ΔH<0，常温常压下能自发进行，对该反应的方向起决定作用的是温度C.反应2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0D.一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0题型03反应熵变与反应方向【典例3】下列对熵的理解错误的是()A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B.体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D.25℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)是熵增反应方｜法｜点｜拨常见的熵增过程和熵增反应(1)常见的熵增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化等。(2)常见的熵增反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。【变式3-1】下列变化过程为熵增的是()A.2NH4NO3(s)2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)B.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)C.2CO(g)+O2(g)2CO2(g)D.3O2(g)2O3(g)【变式3-2】下列对熵的理解错误的是()A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D．25℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应题型04自由能与反应进行方向的判断【典例4】关于反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH<0。下列说法正确的是()A.该反应是熵增大的反应(即ΔS>0)B.该反应在低温条件下能较快发生C.该反应是放热反应，能在任何温度下自发进行D.反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素方｜法｜点｜拨利用自由能公式计算反应自发进行的最低温度若题目提供了ΔH和ΔS的数据，可利用ΔG＝ΔH－TΔS<0，来计算反应自发进行的最低温度。计算时要注意以下两点：(1)给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/(mol·K)，进行计算时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，再代入数值进行计算。(2)温度用绝对温度K，而不能用℃，其中T＝(273＋t)K。【变式4-1】氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两个反应制得：反应Ⅰ：2B(s)+N2(g)2BN(s)反应Ⅱ：B2O3(s)+2NH3(g)2BN(s)+3H2O(g)已知反应Ⅰ常温下能自发进行，反应Ⅱ常温下不能自发进行。下列说法错误的是()A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但无法判断化学反应速率快慢B.反应Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行D.反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成【变式4-2】下列叙述不正确的是()A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行题型05工业合成氨的适宜条件【典例5】合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。符合工业合成氨生产实际的是()A.V2O5作催化剂B.反应温度由催化剂决定C.将N2和H2液化D.NH3由吸收塔吸收【变式5-1】工业合成氨的流程如图所示，下列有关说法错误的是()A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B.步骤②中“加压”既可以提高原料的平衡转化率，又可以加快反应速率C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率D.产品液氨除可用来生产化肥外，还可用作制冷剂【变式5-2】合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述不正确的是()A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率C.工业生产采用500℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率题型06化学反应的调控【典例6】下列关于化学反应调控措施的说法不正确的是()A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强D.工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作方｜法｜点｜拨选择化工生产适宜条件的分析角度分析角度原则要求从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压的能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制【变式6-1】某化工厂生产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂铂网的成分、温度与氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是()A.该流程中，①③④发生了氧化还原反应B.②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离C.③中最佳反应条件是铂网成分为纯铂、温度为900℃D.④中通入过量空气可以提高硝酸的产率【变式6-2】纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)ΔH<0，下列说法正确的是()A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率D.工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率期末基础通关练（测试时间：15分钟）1．（25-26高二上·北京·期中）下列说法中，正确的是A．室温下，冰自动熔化成水及水自动挥发成水蒸气均是熵增的过程B．ΔH<0C．活化分子发生的碰撞均是有效碰撞D．能够自发进行的反应均是熵增的过程2．（25-26高二上·河北邯郸·期中）已知分解1molH2O2放出98kJ的热，在含少量I−的溶液中，A．该反应的速率主要由步骤①决定B．反应的速率与I−C．①的活化能大于②的活化能且该反应的逆反应活化能大于98D．该反应在通常条件下可自发进行，是因为ΔH<0，3．（25-26高二上·广东深圳·期中）下列说法正确的是A．水在室温下自动蒸发成水蒸气，这是熵减的过程B．当ΔH>0，ΔC．反应CaCO3sD．反应2H24．（25-26高二上·天津南开·月考）关于化学反应进行的方向，下列叙述正确的是A．反应CaCO3sB．液态水凝结成冰的过程中，ΔH<0，C．自由能变化ΔG<0D．常温常压下H2g和O25．（25-26高二上·天津河西·期中）下列变化中，属于熵减的是A．干冰的升华 B．蔗糖在水中溶解C．NaHCO3受热分解 6．（25-26高二上·黑龙江齐齐哈尔·期中）固态碘单质升华变成碘蒸气的过程中焓变和熵变均正确的是A．ΔH>0，ΔS<0 B．ΔC．ΔH<0，ΔS>0 D．Δ7．（25-26高二上·广东惠州·月考）对于处于平衡状态的可逆反应：A(g)+2B(g)⇌2A．增大A的浓度，正反应速率增大，逆反应速度减小，平衡正向移动B．恒容状态下，充入Ar，平衡正向移动C．使用催化剂，ΔHD．该反应在高温下可自发进行8．（25-26高二上·江苏苏州·期中）下列说法正确的是A．液态水凝结成冰的过程，ΔH>0，B．固体溶解于水过程一定是ΔS>0，ΔC．As=D．Ms+a N9．（25-26高二上·辽宁阜新·期中）有关工业合成氨的说法正确的是A．使用铁催化剂可提高反应物的平衡转化率B．将氨气液化分离后，可提高氨气的产率C．升高温度有利于向合成氨反应方向进行D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好10．（25-26高二上·海南省·月考）下列关于化学反应方向和调控的说法不正确的是A．ΔH<0，ΔS>0时，反应自发进行，如金属钠和水的反应B．硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入的空气越多越好C．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率D．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用分离液氨并循环利用原料气的方法期末重难突破练（测试时间：25分钟）11．（25-26高二上·黑龙江大庆·期中）下列与化学反应进行方向有关的叙述中错误的是A．体系的熵增越大、焓变越小，化学反应速率越快B．能量越低，混乱度越大，体系越稳定C．绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行D．CaCO3s⇌12．（25-26高二上·山西太原·月考）下列说法正确的是A．常温下，若反应As+B．已知2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)

ΔH=-78.03kJ·mol-1，此反应只有在高温下才能自发进行C．熵增的反应都是自发的，自发反应的现象一定非常明显D．已知Cs+CO13．（25-26高二上·陕西商洛·期中）下列对于反应的预测正确的是选项化学反应方程式已知条件预测ACaCO室温下不能自发进行ΔH<0BM(s)=X(g)+Y(s)ΔH>0不能自发进行CW(s)+ΔH<0，低温下自发反应x可能等于3DaΔH<0，能自发反应ΔA．A B．B C．C D．D14．（25-26高二上·河北邯郸·月考）已知：某反应为aXg+b选项条件判断Aa+b>c，Δ较低温度下能自发进行Ba+b>c，Δ较高温度下能自发进行Ca+b<c，Δ任何温度下都不能自发进行Da+b<c，Δ任何温度下都能自发进行A．A B．B C．C D．D15．（25-26高二上·北京房山·期中）工业制硫酸中的重要步骤之一是：2SO2g+OA．采用常压而非高压 B．采用400～500℃而非低温C．加入V2O