高考化学一轮复习 同步课件 第十一章　第44讲　化学反应的方向与调控（基础版）

化学反应的方向与调控第十一章

第44讲

1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。复习目标课时精练考点一化学反应的方向考点二化学反应的调控——工业合成氨练真题

明考向内容索引化学反应的方向考点一1.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。2.熵和熵变的含义(1)熵的含义度量体系混乱程度的物理量，符号为

。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)

S(l)

S(s)。(2)熵变的含义ΔS=S(生成物)-S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应

。S>>自发进行3.判断化学反应方向的判据ΔG=ΔH-TΔSΔG<0时，反应

自发进行；ΔG=0时，反应处于

状态；ΔG>0时，反应

自发进行。能平衡不能1.非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(

)2.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(

)3.1

mol

H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)](

)4.ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(

)5.一定温度下，反应MgCl2(l)⥫⥬Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(

)6.常温下，反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0(

)××√√易错辨析√√1.工业上利用甲烷制取炭黑的反应是①CH4(g)===C(s)+2H2(g)

ΔH(298K)

=+74.848kJ·mol-1

ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1；反应过程中容易发生副反应：②2CH4(g)===C2H2(g)+3H2(g)

ΔH(298K)=+376.426kJ·mol-1

ΔS(298K)=+220.211J·mol-1·K-1。下列有关说法中正确的是A.反应①在常温下就可以自发进行B.焓变是副反应②自发进行的决定因素C.制取炭黑允许的最低温度是927.8KD.温度越高对制取炭黑越有利√

2.氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两种反应制得：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常温下自发，反应Ⅱ常温下不自发；B(s)、BN(s)、B2O3(s)熔点分别约为2300℃、3100℃、450℃，下列说法正确的是A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，因此速率快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.由各物质熔点可推测在实际生产中反应Ⅰ所需的温度高于反应Ⅱ√

常温下反应Ⅰ的ΔG<0，说明反应可以自发进行，但不能判断反应速率的快慢，ΔG=ΔH-TΔS，反应Ⅰ的ΔS<0、ΔG<0，则ΔH<0，故A、B错误；反应Ⅱ在常温下不能自发进行，催化剂不能改变反应的自发性，C错误。3.二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g)。(1)该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)+H2(g)⥫⥬CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)

ΔH=-90kJ·mol-1总反应的ΔH=

kJ·mol-1。

(2)根据以上信息判断CO2与H2制取甲醇的反应在

(填字母)条件下可自发进行。

A.高温

B.低温

C.任何温度-49B返回

反应为放热的熵减反应，则ΔH<0，ΔS<0，根据ΔH-TΔS<0，则在低温下可以自发进行。化学反应的调控——工业合成氨考点二1.合成氨反应的特点N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1，ΔS=-198.2J·mol-1·K-1。可逆减小<<<能2.合成氨工业的条件选择[已知合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)]反应条件原理分析实际工业生产条件提高反应速率提高平衡转化率压强__________10MPa~30MPa温度__________400~500℃催化剂____________

作催化剂浓度增大氮气、氢气的浓度，减小_____的浓度

反应物的浓度，降低生成物的浓度N2、H2投料比为

。氨及时从混合气中分离出去，剩余气体_________高压高压高温低温使用无影响铁触媒氨气增大1∶2.8循环使用

3.合成氨的工艺流程一、工业合成氨适宜条件选择1.合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。N2和H2生成NH3的反应：N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)

ΔH1=-92.4kJ·mol-1，在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*；

(1)实际生产中，常用工艺条件：Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0×107Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。①分析说明原料气中N2过量的理由：__________________________________________________________________________________________________________________。

原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，N2过量有利于提高整体反应速率②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是

(填字母，下同)。A.合成氨工艺采用循环操作，主要为了增

大化学反应速率B.分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气

转化可得H2，原料气须经过净化处理，

以防止催化剂中毒和安全事故发生C.当温度、压强一定时，在原料气(N2和

H2的比例不变)中添加少量惰性气体，

有利于提高平衡转化率D.可利用热交换器实现合成氨工业生产的绿色低碳化BD

循环操作的主要目的是提高原料的利用率，A错误；原料气中常含有硫化物、一氧化碳等杂质，这些物质会使催化剂中毒并且易造成安全事故，因此必须进行净化处理，以保证催化剂活性和生产安全，B正确；恒压充惰性气体相当于减压，平衡逆向移动，转化率降低，C错误；合成氨反应放热，通过热交换器将热量回收，提高能源利用率，实现绿色低碳生产，D正确。

AB

②反应20min时达到平衡，则0~20min内v(NH3)=

MPa·min-1，Kp=

MPa-2(Kp为以分压表示的平衡常数，用小数表示，精确到小数点后3位)。0.002500.231

③若起始条件相同，恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中点

(填“d”“e”“f”或“g”)。

g

若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，相当于在恒压条件下达平衡后扩大容积，进行减压，因此平衡逆向移动，氢气的体积分数增大，由于体积扩大，各物质浓度降低，反应速率减慢，达平衡时间变长，则达平衡时H2的含量符合g点。2.合成氨的原料气(N2、H2及少量CO、NH3)需用亚铜氨溶液处理除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]+(aq)+CO(g)+NH3(g)⥫⥬[Cu(NH3)3CO]+(aq)

ΔH<0。亚铜氨溶液吸收CO的适宜条件为

(填字母)。

A.低温低压 B.低温高压C.高温低压 D.高温高压B二、我国工业合成氨创新与成就3.哈尔滨工业大学吕查德课题组合成α⁃CeMnOx催化剂，提出一种非常规“交替-远端”混合电催化N2RR缔合机制实现高效合成氨，原理如图所示。下列说法正确的是A.远端路径具有N2低活化能的特点B.交替路径的N选择性高于远端路径C.“交替-远端”混合路径结合了N2

低活化能和N高选择性的优点D.移位路径在反应历程中未涉及质

子(H+)和电子(e-)的参与√

由图可知，远端路径是N2高活化能，A项错误；图中显示交替路径的N选择性低，远端路径的N选择性高，所以交替路径的N选择性低于远端路径，B项错误；从图中及相关信息可知，“交替-远端”混合路径具备N2低活化能和N高选择性的优势，C项正确；由图中移位路径时物质的转化可知，移位路径涉及质子(H+)和电子(e-)的参与，D项错误。返回精练真题练真题明考向1.[2025·浙江1月选考，18(4)]工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)+CO(g)===HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下ΔH

0(填“>”“<”或“=”)。

由题意知该反应某条件下反应自发且熵减，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发可知，反应在该条件下ΔH<0。<

2.[2025·广东，19(2)]298K下，反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0，则298K下该反应

(填“能”或“不能”)自发进行。

ΔH-TΔS<0时反应能自发进行，而由已知信息可知，该反应的ΔH<0、ΔS>0，该反应的ΔH-TΔS<0恒成立，故该反应在298

K时能自发进行。能3.[2025·湖南，18(3)]在反应器中，发生如下反应：反应ⅰ：2C2H4(g)⥫⥬C4H8(g)

ΔH1=-104.7kJ·mol-1反应ⅱ：2C2H4(g)+H2(g)⥫⥬C4H10(g)

ΔH2=-230.7kJ·mol-1计算反应C4H8(g)+H2(g)⥫⥬C4H10(g)的ΔH=

kJ·mol-1，该反应____(填字母)。A.高温自发

B.低温自发C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发

根据盖斯定律，反应ⅱ-反应ⅰ即可得到目标反应，则ΔH=-230.7

kJ·mol-1-(-104.7

kJ·mol-1)=-126

kJ·mol-1，该反应是熵减的放热反应，则依据ΔG=ΔH-TΔS<0反应能自发进行，则低温下自发进行，选B。-126B

①图中压强由小到大的顺序为

，判断的依据是______________

。②进料组成中含有惰性气体Ar的图是

。

合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大p1<p2<p3图4

该反应为气体分子数减少的反应，在相同温度和相同压强下，加入惰性气体Ar相当于减小反应物浓度，与不含Ar进料的反应相比，相当于平衡逆向移动，不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图4。

33.33%

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精练高频考点提升关键能力课时精练对一对题号12345678答案DDCCCACC题号9答案A答案12345678910答案1234567891010.

1.(教材选编)合成氨工业中采用循环操作，主要是为了A.增大化学反应速率B.提高平衡混合物中氨的含量C.降低氨的沸点D.提高氮气和氢气的利用率12345678910答案√

合成氨工业采用循环操作，目的是提高原料的利用率。2.在298K和100kPa压强下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别如下：12345678910答案此条件下，对应反应：C(s，石墨)===C(s，金刚石)，下列说法正确的是A.该反应的ΔH<0，ΔS<0B.由公式ΔG=ΔH-TΔS可知，该反应ΔG=985.29kJ·mol-1C.金刚石比石墨稳定D.超高压条件下，石墨有可能变为金刚石物质S/(J·mol-1·K-1)燃烧热ΔH/(kJ·mol-1)ρ/(kg·m-3)C(s，金刚石)2.4-395.403513C(s，石墨)5.7-393.512260√12345678910答案

由题给数据可知C(s，石墨)===C(s，金刚石)

ΔH=+1.89

kJ·mol-1，ΔS=-3.3

J·mol-1·K-1，A项错误；ΔS的单位是J·mol-1·K-1，而ΔH的单位是kJ·mol-1，单位统一后，代入公式，ΔG=ΔH-TΔS=1.89

kJ·mol-1-298

K×(-3.3×10-3)kJ·mol-1·K-1=2.873

4

kJ·mol-1，B项错误；石墨转化为金刚石为吸热反应，故石墨比金刚石稳定，C项错误；金刚石的密度大于石墨，增大压强，有利于相变向密度大的多面体方向转变，故超高压条件下，石墨有可能转变为金刚石，D项正确。3.工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1。下面说法正确的是A.合成氨一般选择400~500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响B.将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率C.增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备

成本D.由于N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉√12345678910答案12345678910答案

合成氨选择400~500

℃，既考虑温度对速率的影响(加快反应速率)，也考虑对催化剂(铁触媒)的活性的影响，该温度下催化剂活性高，A错误；将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低，反应速率会减慢，B错误；增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20

MPa左右可节省设备成本，C正确；直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误。4.(2025·江西，12)一定压强下，乙烯水合反应为C2H4(g)+H2O(g)⥫⥬C2H5OH(g)已知：ΔH(J·mol-1)=-34585-26.4T

ΔG(J·mol-1)=-34585+26.4T·lnT+45.19T气体均视为理想气体，下列说法正确的是A.反应的活化能：E正>E逆B.恒温恒容充入N2，平衡向左移动C.ΔS随温度升高而降低D.平衡后，升高温度，Δv正>Δv逆12345678910答案√12345678910答案

ΔH=E正-E逆，题中ΔH(J·mol-1)=-34

585-26.4T为负值，且随温度升高ΔH的值减小，说明E正<E逆，A错误；恒温恒容充入N2，总压增大但各反应物分压不变，平衡不移动，B错误；由ΔG=ΔH-TΔS代入数据得ΔS(J·mol-1)=-71.59

-26.4lnT，温度T升高时lnT增大，ΔS更小，C正确；该反应的ΔH<0，为放热反应，升温使放热反应的逆反应速率增加更多，Δv逆>Δv正，D错误。5.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是A.提高分离技术B.研制耐高压的合成塔C.研制低温催化剂D.探索不用N2和H2合成氨的新途径√12345678910答案12345678910答案

由题图可知，NH3的体积分数随着压强增大而增大，高压有利于提高氨的产率，但高压对设备要求高、成本高；由图，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500

℃，故综合氨的产率、设备、经济性等因素，合成氨工业最有前途的研究方向为研制低温催化剂。6.2007年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家格哈德·埃特尔(GerhardErtl)，以表彰他在固体表面化学研究中取得的开拓性成就。他的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热B.反应中有极性键的断裂与形成C.当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转

化率D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率√12345678910答案12345678910答案

图①到图③为氮气和氢气中的化学键断裂的过程，图⑤到图③为氨气中化学键断裂的过程，故图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热，A正确；该反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温是为了提高反应速率，D错误。7.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，下列说法正确的是A.反应①的ΔS<0B.反应②在600℃时的反应速率很快C.温度大于1000℃时，反应①能自发进行D.反应②的ΔH>0√12345678910答案12345678910答案

反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS>0，故A错误；该题可以推测自发反应时的温度，但无法推测具体温度的反应速率快慢，故B错误；反应①在温度大于1

000

℃时ΔG<0，故此时反应①能自发进行，故C正确；根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH<0，故D错误。8.如图所示为工业合成氨的流程图。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均有利于提高原料平衡的转化率D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂√12345678910答案12345678910答案

合成氨使用含铁催化剂，为防止催化剂中毒，须将原料“净化”处理，A项正确；步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B项正确；合成氨反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤有利于提高原料的转化率，故C项错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。9.已知反应：CO(g)+3H2(g)⥫⥬CH4(g)+H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为)。下列有关说法正确的是A.上述反应的ΔH<0B.N点时的反应速率一定比M点的快C.降低温度，H2的转化率可达到100%D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强√12345678910答案12345678910答案

根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点，M点温度高于N点，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。12345678910答案10.[2025·云南，17(2)(3)]我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5℃)绿色制氢新途径，并实现高附加值乙酸(沸点118℃)的生产，主要反应为：Ⅰ.C2H5OH(g)+H2O(g)===2H2(g)+CH3COOH(g)

ΔH1

Kp1Ⅱ.C2H5OH(g)===CH3CHO(g)+H2(g)

ΔH2=+68.7kJ·mol-1(2)对于反应Ⅰ：①已知CH3CHO(g)+H2O(g)===H2(g)+CH3COOH(g)

ΔH=-24.3kJ·mol-1则ΔH1=

kJ·mol-1。+44.4

反应Ⅰ-反应Ⅱ得到“已知反应”，根据盖斯定律ΔH1=ΔH+ΔH2=-24.3

kJ·mol-1+68.7

kJ·mol-1=+44.4

kJ·mol-1。②一定温度下，下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是______(填字母)。A.容器内的压强不再变化B.混合气体的密度不再变化C.CH3COOH的体积分数不再变化D.单位时间内生成1molH2O，同时消耗2molH2AC12345678910答案

恒温恒容下发生：C2H5OH(g)+H2O(g)===2H2(g)+CH3COOH(g)，该反应是反应前后气体分子数增大的反应，压强不再变化，说明反应达到平衡状态，A符合题意；体积恒定，气体总质量始终不变，则气体密度一直不变，混合气体的密度不再变化，不能说明反应达到平衡状态，B不符合题意；CH3COOH的体积分数不再变化，说明反应已达平衡状态，C符合题意；单位时间内生成1

mol

H2O、同时消耗2

mol

H2均是逆反应速率，