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）原卷版及全解全析

专题04化学反应的方向和调控(期末复习讲义)

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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

■卜明•期末考情.

考查重点命题角度

化学反应的方向化学反应的方向与蜡变和烯变的关系

化学反应的调控反应速率和化学平衡的综合调控

更合判据的应用利用复合判据判断反应自发进行所需条件

.理•核心要点.

国要点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I纳I总I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。

国要点02化学反应进行方向的判据

1.焰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，利用焰变来判断反应进行的方向，这就是焰

判据。大多数放热反应是可以的。有些吸热反应也可以，如：2N2Os(g)=4NO2(g)+O2(g)

AH=+109.8kJmor',故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。只用给判据判断反应是否自发不全

面O

2.嫡变与化学反应的方向

(1)浦值大小

①体系的端值：体系的混乱程度越大，体系的端值就越大。

②同一种物质的燧值：S(g)>S(l)>S(s)；同一条件下，不同物质的精值不同。

(2)嘀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，有些炳减的过程也能o不能只根据焙增或燧减

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，自发过程才向着燧增的方向进行。

3.自由能与化学反应的方向

(1)自由能变化

符号为AG,单位为kJmolL

(2)自由能变化与焰变、焙变的关系

△G=△〃-7AS。AG不仅与焰变和燧变有关，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AGvO时，反应能：

②当46=0时，反应处于

③当AG>0时，反应不能o

类型ASAG反应的自发性

1<0>0<0一定能自发

2>0<0>0定不能自发

3<0<0正负决低温能自发

4>0>0定于温度高温能自发

愎要点03理论分析合成氨反应的条件

1.合成氨反应的特点

1

合成氨反应:N2(g)+3H2(g)-2NH3(g)o已知298K时:A//=-92.4kJmol,AS=-198.2JmoU

(1)自发性：常温(298K)下，AW-TAS<0,能。

(2)可逆性：反应为o

(3)篇变：ASvO,正反应是气体的反应。

(4)给变：△〃<(),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Nz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。

国要点04实际工业合成氨的适宜条件

l._L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

⑴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。

⑵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和比循环使用并及时补充此和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〃(N2)：〃(H2)=1：3时，氮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。N?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

液态NH,NH,+N2+H2

■破•重难题型.

国题型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1-11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H?O的反应是燃增的放热反应，该反应能自发进行

B.某吸热反应能自发进行，则该反应是端增反应

C.碳酸镂KNH,I）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）=CH3OH⑴是一个燧减反应

国题型02反应熔变与反应方向

【典例2］下列关于化学反应的嬉变的叙述正确的是（）

A.化学反应的焙变与反应的方向无关

B.化学反应的焰变直接决定了反应的方向

C.雄变为正的反应都是吸热反应

D.熔变为正的反应都能自发进行

【变式2・1】下列自发反应可用焰判据来解秤的是（）

A.2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）AH=+56.7kJmor1

B.（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g）A”=+74.9kJmol"

C.2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△"=-571.6kJmol”

1

D.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)AW=+178.2kJmor

【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C⑸+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的AH>0

B.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(g)=4Fe(OH)3(s)的△”<(),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△，>()

D.一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)+Cb(g)的A%。，AS>0

。题型03反应熠变与反应方向

【典例31下列对端的理解错误的是()

A.同种物质气态时燧值最大，固态时端值最小

B.体系越有序，端值越小；越混乱，燃值越大

C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的燧减小

D.25℃、1.01X105Pa时，2N20f(g)=4NC)2(g)+O2(g)是燧增反应

方|法|点|拨

常见的燧增过程和炳增反应

(1)常见的燧增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化等。

(2)常见的爆增反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。

【变式3.1】下列变化过程为埔增的是()

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】卜列对燧的埋解错误的是()

A.同种物质气态时烯值最大，固态时烯值最小

B.体系越有序，燧值越小；越混乱，精值越大

C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的蜡减小

D.25℃、LOlxUPa时，2N2()5(g)=4NC)2(g)+O2(g)是燧增反应

国题型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)AH<0。卜列说法止确的是()

A.该反应是端增大的反应（即A5>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燧变和燧变两个因素

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△〃和的数据，可利用7AS<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：

⑴给出的△，的单位通常为kJ/mol,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

的单位换算为kJ/（mol.K）或将A”的单位换算为J/mol,再代入数值进行计算。

⑵温度用绝对温度K,而不能用℃,其中T=（273+r）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AGO,但无法判断化学反应速率快慢

B.反应I的A5<0,AH<0

C.性能优良的催化剂可使反应II在常温下0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AG=△"-7As<0的方向进行

C.碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于燧增的方向自发讲行

D.水结冰的过程不能自发进行的原因是燧减的过程，改变条件也不可能自发进行

国题型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）=2NHKg）符合工业合成氨生产实际的是（）

A.%05作催化剂

B.反应温度由催化剂决定

C.将C和比液化

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.二业生产采用500C而不采用常温，是为了提高合成氨的转亿率

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的转亿率，通入过量的空气

B.二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和田为原料合成甲醉，为提高原料的利用率采用循环操作

方1法1点1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

既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，乂要注意二者影响的矛盾

从化学平衡移动分析

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，从而降低牛•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】某化工厂牛.产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂钠网的成分、温度与

氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是()

①②③④

图】

l(x)

98

96

94

&N)8208408608809(X)

钳网温度/七

1-含10%铝的铀2-纯伯

图2

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中最佳反应条件是柏网成分为纯钳、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]纳米钻常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2[g)=CH4(g)+H2O(g)A”<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H?O(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

.过•分层验收.

期末基础通关练(测试时间；15分钟)

1.（25-26裔二上•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牖增的过程

B.AHV0的反应均是自发进行的反应

C.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嫡墙的过程

2.（25-26高二上•河北邯郸・期中）已知分解10101电。2放出98kl的热，在含少量厂的溶液中，电。2的分解

机理为：①电。2+厂t出0+KT（慢）,②电。2+1。-一电0+。2+「（快）。下列说法中错误的是

A.该反应的速率主要由步骤①决定

B.反应的速率与「的浓度无关

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98kJ•mor1

D.该反应在通常条件下可自发讲行，是因为AHVO,AS>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，这是燃减的过程

B.当△”>（）,△5<（）时，反应能自发进行

C.反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO式g）在高温下能自发进行，则该反应的A”>0

D.反应2H2值）+。28）=2心0①在室温下可自发进行，则该反应的AS>0

4.（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CaC03（s）=CaO（s）+CC）2（g）常温下不能自发进行，说明该反应的AH<0

B.液态水凝结成冰的过程中，△//<0,AS<0

C.0由能变化AG<0的化学反应一定能迅速进行

D.常温常压下H2（g）和。24）混合无明显现象，贝12H2（g）+O2Q）=2H2。（1）在该条件下不自发

5.（25-26高二上•天津河西•期中）下列变化中，属于端减的是

A.干冰的升华B.蔗糖在水中溶解

C.NaHC（）3受热分解D.乙烯聚合为聚乙烯

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熔变和燧变均王确的是

A.AH>0,AS<0B.AH>0,AS>0

C.AW<0,AS>0D.A"VO,AS<0

7.（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）=2C（g）AH<0下列叙述

正确的是

A.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，△“不改变，平衡不移动，但可缩短达到平衡所需时间

D.该反应在高温下可自发进行

8.(25-26高二上•江苏苏卅期中)下列说法正确的是

A.液态水凝结成冰的过程，AH>0,AS<0

B.固体溶解于水过程一定是AS〉0,A”的变化不确定

C.A(s)=B(s)+C(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△〃<()

D.M(s)+aN(g)=2Q(g)AH<0能自发反应，则a只可能等干1

9.(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.AH<0,AS>。时，反应自发进行，如金属钠和水的反应

B.硫酸工'也中，为提高SO?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.体系的燧增越大、焰变越小，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.CaCO3(s)#CaO(s)+CO2(g)AH>0能否自发进行与温度有关

12.(25-26高二上•山西太原・月考)下列说法正确的是

A.常温下，若反应人弓)+8值)=(：值)+口值)不能自发进行，则该反应的A”>0

B.已知2KQO3(s)=2KCI(s)+3O2(g)A/7=-78.03kj-mol1,此反应只有在岛温卜才能自发进行

C.烯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C(s)+CO2(g)=2CO(g)AH>0,该反应吸热，一定不能自发进行

13.(25-26高二上•陕西商洛•期口)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

室温下不能自发进行△〃

ACaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)<0

BM(s)=X(g)+Y(s)AH>0不能自发进行

CW(s)+xG(g)=2Q(g)AH<0,低温下自发反应x可能等于3

DaX(g)+bY(g)=cZ(g)+dW(g)能自发反应AS<0

A.AB.BC.CD.D

14.(25-26高二上♦河北邯郸•月考)已知：某反应为aX(g)+bY[g)=cZ(g)AH,下列有关正反应自发性判

断正确的是。

选项条件判断

Aa+b>c,AH>0较低温度下能自发进行

Ba+b>c,A/7<0较高温度下能自发进行

CaAb<c,AH>0任何温度下都不能自发进行

Da+b<c,AH<0任何温度下都能自发进行

A.AB.BC.CD.D

15.(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：2SO2(g)+O2(g)=2S()3(g)AH<0

下列措施中，主要目的是为了提高SO2平衡转化率的是

A.采用常压而非高压B.采用400〜500C而非低温

C.加入V2O5作为催化剂D.及时分离出SO3

16.(25-26高二上•广东佛山•期中：)己知反应：2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)AH=-748.6kJ-molL

在一定条件下，该反应达到平衡状态，下列说法正确的是

A.降温，可提高反应物的转化率

B.此时反应不再发生

C.使用催化剂，可以使反应速率增大，平衡向正反应方向移动

D.保持容器内压强不变，向容器中通入氮气，平衡不发生移动

17.(25-26高二上・甘肃兰州•期中)在硫酸工业中，2SO2(g)+02(g)2SO3(g)AHV0。下表为在不同温

度和压强条件下，该反应达到平衡时SO2的转化率数据。下列相关叙述正确的是

平衡时SO2的转化率/%

温度

/℃

0.1MPaIMPalOMPa

45097.599.299.7

55085.694.998.3

A.实际生产中应采用50MPa高玉B.通入过量SO?可增大反应的平衡常数

C.回收并循环使用尾气中的S02可提高其转化率D.正反应的活化能大于逆反应的活化能

18.(25-26高二上・甘肃兰州・月考)一定温度下，在两个容积相等的密闭容器中加入一定量的反应物发生

1

反应:CO(g)+H2O(g)#CO2(g)+H2(g)AH=-41kJ-mol,有关数据如下。下列说法错误的是

起始时各物质的物质的量/mol

容器编号达到平衡的时间/min达到平衡时体系能量的变化

COHOCO

22H2

①1400ti放出热量：32.8kJ

②2800放出热量：Q

A.容器①中CO的转化率为80%B.容器②中反应的平衡常数K=1

C.若不考虑热量损失，则Q>65.6kJD.平衡反应速率：容器②>容器①

19.(25-26高二上•黑龙江大庆•期中)下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是

NZT①净化②加压③催化反应④液化

LI,干燥(2x|OTa)(500℃,催化剂)分离

_____________________⑤N2和H?___________

I不循环

A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒

B.步骤②中“加压”既可以加快反应速率，也可以增大平衡常数

C.步骤④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率

D.步骤⑤的目的是将未反应的N?和电循环再利用

20.(25-26高二上•河南郑州•期中)TiO1用于制备海绵钛和钛白粉。一定条件下，可利用金红石(TiO?)、C和

。2反应制得，涉及主要反应如下:

I.TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)4-2C0(g)AJ

II.TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(g)+CO2(g)=-222kj/mol

III.C(s)+CO2(g)U2CO(g)A/=+173kj/mol

若在100kPa下，足量的TiOz、C和Cl2发生上述反应，达到平衡后，气相中TiQ,、CO和CO?摩尔分数随温度

的变化关系如图所示。

摩

尔

分

数

A.反应I在较高温度下才能自发进行

B.由图可知，实际生产中反应温度最好选择1200〜1400汽

C.20CTC时，若向平衡体系中再通入少量Cl2，Ch的平衡转化率不变

D.1200久时，反应I的平衡常数Kp=360kPa

专题04化学反应的方向和调控(期末复习讲义)

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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

■卜明•期末考情.

考查重点命题角度

化学反应的方向化学反应的方向与蜡变和烯变的关系

化学反应的调控反应速率和化学平衡的综合调控

更合判据的应用利用复合判据判断反应自发进行所需条件

.理•核心要点.

国要点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白发进行的过程。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，需持续借助处力才能进行的过程。

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)刍发反应具有方向性,即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，共逆方向在相同条件下一定不能

自发进行。自发反应不一定能够实际发生,发生时速率也不一定大。

归I纳I总I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。

国要点02化学反应进行方向的判据

1.焰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，利用焰变来判断反应进行的方向，这就是焰

判据。大多数放热反应是可以包龙姬的。有些吸热反应也可以自发进行,如：2N2O5(g)-4NO2(g)+O2(g)

AH=+109.8kJmor',故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。只用给判据判断反应是否自发不全

面O

2.嫡变与化学反应的方向

(1)浦值大小

①体系的端值：体系的混乱程度越大，体系的端值就越大。

②同一种物质的燧值：S(g)>S(l)>S(s)；同一条件下，不同物质的精值不同。

(2)嘀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幽的过程，有些病减的过程也能宜发进狂。不能只根据牖增或燧减来判

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，自发过程才向着燧增的方向进行。

3.自由能与化学反应的方向

(1)自由能变化

符号为AG,单位为kJmolL

(2)自由能变化与焰变、焙变的关系

△G=△〃-7AS。AG不仅与焰变和燧变有关，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AGvO时，反应能自发进行;

②当AG：。时，反应处于平衡状态;

③当AG>0时，反应不能自发进行。

类型ASAG反应的自发性

1<0>0<0一定能自发

2>0<0>0定不能自发

3<0<0正负决低温能自发

4>0>0定于温度高温能自发

愎要点03理论分析合成氨反应的条件

1.合成氨反应的特点

1

合成氨反应:N2(g)+3H2(g)-2NH3(g)o已知298K时:A//=-92.4kJmol,AS=-198.2JmoU

(1)自发性：常温(298K)下，AH-TASvO,能自发进行。

(2)可逆性：反应为可逆反应。

(3)篇变：ASvO,正反应是气体体枳减小的反应。

(4)雄变：△〃<(),正反应是放热反应。

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

压强增大压强增大压强

温度升高温度降低温度

催化剂使用无影响

浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度

3.数据分析

根据在不同温度和压强下(初始时Nz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。

国要点04实际工业合成氨的适宜条件

l._L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

⑴压强

目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10〜30MPa。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。

⑵温度

实际生产中一般采用的温度为400〜500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匕左右时的活性最大

(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催化剂，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@邕出去，将未反应的刈和小循环使用并及时补充N2和H2,使反应物

保挣一定的浓度。

(5)投料比

①大量实验证明，合成氨反应中当〃(N2)：〃(H2)=1：3时，氮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。N?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

液态NH,NH,+N2+H2

■破•重难题型.

国题型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

【答案】C

【解析［在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件，

A、B项错误；叫逆反应在不同的条件卜，叫以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，叫以使某些非

自发过程转变为自发过程，D项错误。

【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

【答案】C

【解析】在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件,

A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使某些非

自发过程转变为自发过程，D项错误。

【变式1・2】下列说法不正确的是()

A.Na与比0的反应是燃增的放热反应，该反应能自发进行

B.某吸热反应能自发进行，则该反应是燧增反应

C.碳酸馁［(NH4)2CCM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)=CHQH⑴是一个淄咸反应

【答案】C

【解析】Na与水反应生成Hz，AS>0,此反应为放热反应，则△〃<(),故A”-7AS<(),该反应能自发进行，

A项正确；吸热反应△〃>(),能自发进行必须满足△〃一7As<0,所以AS>0,B项正确；碳酸钺在室温下自

发分解产生氨气，是因为该反应的AAO,C项错误；反应CO(g)+2H2(g)=CH、QH⑴为气体分子数减小的

反应，该反应是一个精减反应，D项正确。

r

13题型02反应熔变与反应方向

【典例2］下列关于化学反应的嬉变的叙述正确的是()

A.化学反应的焰变与反应的方向无关

B.化学反应的焰变直接决定「反应的方向

C.蜡变为正的反应都是吸热反应

D.防变为正的反应都能自发进行

【答案】C

【解析】焙变与反应的方向有关，A项错误；化学反应的焰变不能直接决定化学反应的方向，还要结合嫡

变等条件，B、D项错误。

【变式2・1】下列自发反应可用熔判据来解释的是()

A.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△"=+56.7kJ-mol-1

B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)A”=+74.9kJmol”

1

C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)A”=-571.6kJ-mol-

D.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)AA/=+178.2kJmoH

【答案】C

【解析】从焰变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，有使体系能量降低的趋势，表现为放

热反应较易进行。

【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C⑸+CC)2(g)^2co(g)不能自发进行，则该反应的△”>()

B.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(g)=4Fc(OH)3(s)的A〃<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)+COMg)=C(s)+2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的AH>0

D.一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)+C12(g)的△”<()，AS>0

【答案】B

【解析】反应的AS〉。，常温下反应不能自发进行，则△“<()或>0,A错误：该反应为牖减的反应，NH<0,

常温常压下能自发进行，故对该反应的方向起决定作用的是温度，B正确；反应的ASV0,由bG=bH—

TASV0时，反应可自发进行可知，AHVO,C错误；反应的AS>0,AH>0,D错误。

伊题型03反应病变与反应方向

【典例3】下列对烯的理解错误的是()

A.同种物质气态时端值最大，固态时嫡值最小

B.体系越有序，端值越小；越混乱，端值越大

C与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的崎减小

D.25℃、I.OIXUpa时，2N20f（g）=4NO2（g）+O2（g）是W增反应

【答案】C

【解析】C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为墉增过程，错误。

方I法I点I拨

常见的燧增过程和嫡增反应

（1）常见的烯增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化等。

（2）常见的端增反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。

【变式3.1】下列变化过程为墉增的是（）

A.2NH4NO3（s）=2N2（g）+4H?O（g）-O2（g）

B.CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）

C.2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）

D.3O2（g）=2O3（g）

【答案】A

【解析】反应CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）有气体参与反应，但反应前后气体分子数没有变化，端没有增

加，B错误；C、D项反应中均有气体参与反应，反应后气体分子数减少，变化过程为增减，错误。

【变式3-2】卜.列对牖的理解错误的是（）

A.同种物质气态时徜值最大，固态时燧值最小

B.体系越有序，端值越小；越混乱，端值越大

C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的端减小

D.25℃、1.01X10,Pa时，2N2（）5（g）=4NO2（g）+O2（g）是燧增反应

【答案】C

【解析】C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为端增过程，错误。

0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）A”<0。下列说法正确的是（）

A.该反应是燃增大的反应（即AS>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婚变和烯变两个因素

【答案】D

【解析】该反应反应前后气体的物质的量减小，是燧减小的反应，A错误；AH-TASvO的反应可自发进行，

该反应的△”<()、AS<0,即该反应在低温时可自发进行，但反应速率较慢，B、C错误；反应是否自发要综

合考虑焰变和病变两个因素，D正确。

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△〃和的数据，可利用AG=A"—TASvO,来计算反应自发进行的最低温度。计算时要注

意以下两点：

⑴给出的△，的单位通常为kJ/mol,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

的单位换算为kJ/(mol.K)或将A”的单位换算为J/mol,再代入数值进行计算。

⑵温度用绝对温度K,而不能用℃,其中7=(273+。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【：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AGO,但无法判断化学反应速率快慢

B.反应I的A5<0,AH<0

C.性能优良的催化剂可使反应II在常温下0发进行

D.反应II中有极性键的断裂与生成

【答案】C

【解析】常温下反应I的AG<0,说明反应可以自发进行，但不能判断化学反应速率的快慢，A正确；

2B(s)+N2(g)=2BN(s)是嫡减的反应，AS<(),该反应常温下能自发进行，则△，<(),B正确；反应H在常温

下不能自发进行，催化剂不能使不能自发进行的反应变为能自发进行的反应，C错误；反应n中有N—H的

断裂及O—H的生成，故反应II中有极性键的断裂与生成，D正确。

【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AG=△〃-7As<0的方向进行

C.碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于燧增的方向自发进行

D.水结冰的过程不能自发进行的原因是燃减的过程，改变条件也不可能自发进行

【答案】D

【解析】混乱度减小的吸热反应是△$<（）、△〃>（）的反应，该反应的△〃-7ASX）,一定不能自发进行，故A

正确：自发反应有向AGVO的方向进行的趋势，即温度、压强一定时，AG=AH-7ASV0的反应可自发进

行，故B正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于该反应生成的气体增多，A5>0,

所以升高温度利于埔增的方向自发进行，故C正确；水结冰的过程是燃减的放热过程，通常情况下不能自

发进行，但降温时该过程能自发进行，故D错误。

。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）=2NHKg）AH<0。符合工业合成氨生产实际的是（）

A.Y2O5作催化剂

B.反应温度由催化剂决定

C.将Nz和七液化

D.NH3由吸收塔吸收

【答案】B

【解析】工业合成氨的催化剂是铁触媒，A错误；催化剂在特定温度下活性最大，催化效率最高，反应温

度由催化剂决定，B正确；将N?即%液化分离平衡逆向移动，不利于合成氨，C错误；合成氨的生产设备

中没有吸收塔，D错误。

【变式54】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

【答案】C

【解析】合成氨使用铁触媒催化剂，为防止催化剂中毒，必须将原料“净化”处理，A项正确；步骤②中“加

压”，可加快合成氨反应速率，又能使平衡右移，提高原料的平衡转化率，B项正确；步骤③不能提高原料

的平衡转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生产铉态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，

D项正确。

【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