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第32讲
化学反应的方向与调控
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。
3.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
01
考点一 化学反应的方向
02
考点二 反应条件的调控
03
经典真题·明考向
04
作业手册
答案速查【听】
答案速查【作】
考点一
化学反应的方向
1.自发反应
（1）含义
在温度和压强一定的条件下______________就能自发进行的反应称为
自发反应。
无需借助外力
（2）特点
①体系趋向于从______状态转变为______状态（体系对外部______或
______热量）。
②在密闭条件下，体系有从______自发地转变为______的倾向性
（无序体系更加稳定）。
高能
低能
做功
释放
有序
无序
2.熵和熵变
（1）熵是度量体系__________的物理量，符号为 。
混乱程度
（2）影响熵大小的因素：
①相同条件下，物质不同则熵不同。
②同一物质：______ 。
（3）熵变 ________的总熵-________的总熵。
生成物
反应物
3.反应进行的方向
（1）判据
（2）一般规律：
①___0， ___0的反应任何温度下都能自发进行；
②___0， ___0的反应任何温度下都不能自发进行；
③和 的作用相反，且相差不大时，______对反应的方向起决定
性作用。当，时______下反应能自发进行；当 ，
时，______下反应能自发进行。
说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后气体物
质的化学计量数的大小。
温度
低温
高温
【对点自测】
判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）
（1）能自发进行的反应,一定是放热反应( )
×
[解析] 吸热反应也可能自发进行。
（2）同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大( )
√
（3）在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵
值越大( )
√
（4）熵增的反应一定能自发进行( )
×
[解析] 反应的自发性由焓判据和熵判据共同决定。
（5）一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热( )
×
[解析] 反应能否自发进行与、 有关。
（6）用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同( )
×
[解析] 用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果不一定相同。
（7）过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的
速率( )
×
（8） 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性( )
×
题组 化学反应进行的方向
1.已知反应 ，由图可
知，若该反应自发，则该反应的___。
A., B.,
C., D.,
[解析] 由可得 ，根据图像结合解析
式可知，该直线斜率小于0，纵截距大于0，即， ，故
结果为、 。
√
2.反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根
据下表数据，思考回答下列问题：
化学反应
57.2
393.5
178.2 169.6
（1）根据表中数据可知：反应①在______温度下，______正向自发进行。
任何
都能
[解析] 由表中数据知，反应 的
、，在任何温度下都有 ，故反应①在任何
温度下，都能正向自发进行。
（2）有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解，以减少
的排放，你认为是否可行？________。阐述判断的理由：__________
_____________________________________________________。
不可行
该反应为吸热、熵减的化学反应，在任何温度下都不能正向自发进行
[解析] 由表中数据知，反应，石墨 的
、，在任何温度下都有 ，所以在任何温度
下都不能正向自发进行。
（3）利用复合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围:_______
________________________。
低于（或低于）
[解析] 反应③的， ，
时反应正向自发进行，则
，
，即低于 时反应③能正向自发进行。
（4）利用复合判据，计算 分解的温度条件:_________________
_________________。
温度高于（或高于）
[解析] 分解的条件是 ，代入数据
，解得
，即当温度高于时， 开始分解。
【归纳总结】
四象限法判断反应能否自发进行
在温度、压强一定的条件下,反应总是向的方
向进行,直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为如下四个方面：
考点二
反应条件的调控
1.工业合成氨反应及分析
（1）反应原理
,
。
（2）反应特点
可逆
减小
能
2.工业合成氨的条件调控
（1）理论分析
根据反应特点可知，合成氨反应速率增大的措施有升高温度、增大压
强、增大和的浓度和使用催化剂；提高平衡混合物中 的含量
的措施有降低温度、增大压强、增大反应物浓度。
（2）合成氨条件的调控
影响因素 选择条件
温度
浓度
压强
催化剂 选择________作催化剂
循环使用
铁触媒
3.化学反应的调控
（1）通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
（2）在实际生产中常常需要结合__________、__________、_______
___等情况，综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的
生产条件。
设备条件
安全操作
经济成本
（3）从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
升高
增大
催化剂
题组 反应条件的控制
1.[2025·广东东莞四校联考] 化学反应的调控对于工业生产具有积极意
义，下列关于调控措施的说法错误的是( )
A.硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益
B.硫酸工业中，为提高 的转化率，可通入稍过量的空气
C.工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择 的反应温度
D.工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的
方向移动
√
[解析] 高温高压、催化剂是合成氨的条件，硫酸工业不需要高压，A
错误；
为提高 的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气越多，导致
体系温度下降，需要更多的能量，为提高 的转化率，可通入稍过量
的空气，B正确；
升高温度可加快反应速率，合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆
向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择
是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的
结果，C正确；
工业合成氨，迅速冷却、液化氨气，是为了使化学平衡向生成氨气的
方向移动，D正确。
2.[2025·江苏南通名校联盟联考] 焦炉煤气（主要成分：、 、
、）在炭催化下，使与重整生成和 。其主要反应为
反应 Ⅰ
反应 Ⅱ
反应 Ⅲ
反应 Ⅳ
在 下，将焦炉煤气以一定流速通
过装有炭催化剂的反应管，、、 的
相对体积和 的转化率随温度变化的曲线
如图所示。
相对体积 ，
下列说法不正确的是( )
相对体积或 。
A.温度低于 ，反应 Ⅰ 基本不发生
B. 时，主要发生反应 Ⅳ
C.增大焦炉煤气流速一定能提高 的相对体积
D.工业生产上需要研发低温下 转化率高的催化剂
√
[解析] 从图中可以看出，温度低于时， 的相对体积基本上
是，所以反应Ⅰ基本不发生，A正确；
时，、 的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而
的相对体积略有减小，可能是使 转化率增大的原因，则反应Ⅰ
进行的幅度很小，反应Ⅱ、Ⅲ基本不发生，主要发生反应Ⅳ，B正确；
4个反应均为生成 的反应，且都为吸热反应，所以若想提高 的相
对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C错误；
图中信息显示，温度低于，的相对体积基本上是 ，
则反应Ⅰ基本不发生，故工业生产上需要研发低温下 转化率高的
催化剂，D正确。
【归纳总结】
化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
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，尽可能使化学平衡向生成
所需产物的方向移动
条件 原则
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，
循环利用从而降低生产成本
从实际生产能 力分析 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产
（如设备条件、安全操作、经济成本等）的可能性
续表
条件 原则
从催化剂的使 用分析 ①防止催化剂中毒，增加净化装置；
②温度对催化剂活性的影响；
③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，
降低生产成本
续表
经典真题·明考向
1.[2024·浙江卷节选] 、下，硼氢化钠 水解生氢
反应方程式如下：
，该反应能自发
进行的条件是___。
A.高温 B.低温 C.任意温度 D.无法判断
[解析] 反应 ，
，由 可知，任意温度下，该反应均能自发进行，
故答案选C。
√
2.[2024·贵州卷节选] 一定温度下， 芳构化时存在如下反应：
该反应在 时____（选填“能”或“不能”）自发进行。
能
[解析] 反应 ，在 时，，故该反应在 时能自发进行。
3.[2024·浙江卷] 二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：
Ⅰ
Ⅱ
向容积为的密闭容器中投入和 ，不同温度下，
测得 时（反应均未平衡）的相关数据见下表，下列说法不正确的
是( )
400 500 600
乙烷转化率/% 2.2 9.0 17.8
400 500 600
乙烯选择性/% 92.6 80.0 61.8
注：乙烯选择性
A.反应活化能： Ⅰ Ⅱ
B.时， 反应 Ⅰ 的平均速率为
C.其他条件不变，平衡后及时移除 ，可提高乙烯的产率
D.其他条件不变，增大投料比 投料，平衡后可提高乙烷转化率
续表
√
[解析] 由表可知，相同温度下，乙烷在发生转化时，乙烯的选择性大
于，反应Ⅰ更易发生，则反应活化能：Ⅰ Ⅱ，A正确；
由表可知，、时，乙烷的转化率为 ，可得转化的乙烷
的总物质的量为，而此时乙烯的选择性为
，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为 ，
根据方程式可得，生成乙烯的物质的量为，则 反
应Ⅰ的平均速率为 ，
B正确；
其他条件不变，平衡后及时移除 ，反应Ⅰ正向进行，可提高乙烯
的产率，C正确；
其他条件不变，增大投料比 投料，平衡后转化率提高，
转化率降低，D错误。
4.[2023·辽宁卷节选]
（1）铅室法使用了大容积铅室制备硫酸以下 ，副产物为亚硝基
硫酸，主要反应如下：
（ⅰ）上述过程中 的作用为__________。
作催化剂
[解析] 根据所给的反应方程式， 在反应过程中先消耗再生成，说
明 在反应中起催化剂的作用。
（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）。
[解析] 铅室法最终被接触法代替的原因是在铅室法反应中有和
放出，污染空气；同时副产物亚硝基硫酸影响产品质量；铅室法制硫
酸的产率不高；制得硫酸浓度相对较低。
铅室法反应中有和 放出，污染空气；副产物亚硝
基硫酸影响产品质量；铅室法制硫酸的产率不高；制得硫酸浓度相对
较低（答案合理即可）
（2）接触法制硫酸的关键反应为 的催化氧化：
（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 下反应速率（数值已略去）与温度的关系如图所示，下列说法
正确的是___。
.温度越高，反应速率越大
. 的曲线代表平衡转化率
. 越大，反应速率最大值对应温度越低
.可根据不同 下的最大速率，选择最佳
生产温度
[解析] 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， 错误；
不同温度下平衡转化率不同，可能是某一温度下的平衡转化
率，且时， 能达到，则该温度下平衡转化率一定不
是， 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，最大反应速率对应的
温度也逐渐降低， 正确；
从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率对应的温度逐渐降
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，
正确。
（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图所示，催化性能最佳的是___
（填标号）。
[解析] 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的催化剂对 的转化率最好，
产率最佳，故答案选 。
1.[2025·黑龙江大庆实验中学模拟] 中国科学家首次用 改性铜基催
化剂，将草酸二甲酯加氢制乙二醇的反应条件从高压降至常压。草酸
二甲酯加氢的主要反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
其他条件相同时，相同时间内温度对产物
选择性的影响结果如图所示。
［已知：ⅰ.物质B的选择性
；
，反应Ⅲ的平衡常数远大于反应Ⅰ
和反应Ⅱ的平衡常数］
下列说法不正确的是( )
A.制乙二醇适宜的温度范围是
B.减压可提高乙二醇的平衡产率
C.实验条件下反应Ⅲ的活化能最高，升温更有利于反应Ⅲ
D.铜基催化剂用 改性后反应速率增大，可以降低反应所需的压强
√
[解析] 由图可知，温度为 时，
生成乙二醇的选择性最高，A正确；
反应Ⅱ为气体分子数减小的反应，则增大
压强可以提高乙二醇的平衡产率，B错误；
由图可知，升高温度有利于生成乙醇，实验条件下反应Ⅲ的活化能最
高，所以升温有利于反应Ⅲ，C正确；
铜基催化剂用 改性后，将草酸二甲酯加氢制乙二醇的反应条件从
高压降至常压，则铜基催化剂用 改性后可以降低反应所需的压强，
催化剂可以加快化学反应速率，D正确。
2.回答下列问题：
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解 ，发
生反应：，该反应的___（填“ ”“ ”
或“”，下同）0， ___0，在低温下，该反应______（填“能”或“不
能”）自发进行。
不能
[解析] 由于在中燃烧生成 为放热反应，则二氧化碳分解生成
和的反应为吸热反应， ，根据化学方程式可知，反应前
后气体的体积增加，，故低温下 ，反应不
能自发进行。
（2）超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的 会破坏臭氧层。科学
家正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和 ，化学方
程式为 。若反应在常温下能够自
发进行，则反应的___（填“ ”“ ”或“ ”）0。
[解析] 时反应自发进行，通过化学方程式可知常
温下，常温下反应能够自发进行，则 。
（3）已知在、 时石灰石分解反应
的、 。
①常温下，该反应______（填“能”或“不能”）自发进行。
不能
[解析] 根据时反应自发进行，已知 、
，则常温下不能自发进行；
②据本题反应数据分析，温度____（填“能”或“不能”）成为反应进行
方向的决定因素。
能
[解析] 该反应的、 ，高温条件下能使
，而常温条件下 ，则该反应中
温度能成为反应进行方向的决定因素。
3.[2023·浙江卷节选] 水煤气变换反应
是放热的可逆反应，需在多个催
化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热（如图甲所
示），保证反应在最适宜温度附近进行。
（1）在催化剂活性温度范围内，图乙中 段对应降温操作的过程，
实现该过程的一种操作方法是___。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水（蒸气）
C.通过热交换器换热
√
[解析] 按原水碳比通入冷的原料气，可以降低温度，同时 浓度增大，
导致 的转化率稍减小，与图中变化相符，A正确；
喷入冷水（蒸气），可以降低温度，但是无催化剂，反应几乎不再进
行，导致 的转化率几乎不变，与图中变化不符，B错误；
通过热交换器换热，可以降低
温度，无催化剂，反应几乎不
再进行，导致 的转化率几乎
不变，与图中变化不符，C错误。
（2）在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物
分子在催化剂表面的吸附（快速）、反应及产物分子脱附等过程。随
着温度升高，该反应的速率先增大后减小，其速率减小的主要原因是
____________________________________________________________
____________________________________________________________
__________ 。
反应物分子在催化剂表面的吸附为快速建立平衡的放热过程，温度
升高，吸附平衡逆移，被吸附的反应物浓度降低，成为反应速率降低
的主要因素
[解析] 反应物分子在催化剂表面的吸附是一个放热的快速过程，温度升
高，吸附平衡逆向移动，不利于反应物分子在催化剂表面的吸附，从而
导致反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小。
Exercise
作业手册
考点一 化学反应的方向
1.[2025·江西红色十校联考] 下列关于化学反应的方向及其判据的说法，
正确的是( )
A.在不同状态时的熵值：
B. ，常温下该反
应不能自发进行
C.放热反应都可以自发进行，吸热反应都不能自发进行
D.反应 在较高温度下能自发进行，是该反应
的影响为主
√
[解析] 同一种物质的熵：气态 液态 固态，则 在不同状
态时的熵值： ，A错误；
， ，
，则 ，常温下反应能自发进行，B错误；
反应自发进行的判断依据是 ，放热反应也可能是
非自发的，吸热反应也可能是自发的，如氢氧化钡晶体与氯化铵的反
应，C错误；
反应的， ，依据
反应能自发进行，则此反应在较高温度下能自发
进行，是该反应 的影响为主，D正确。
2.下列对于化学反应方向的说法正确的是( )
A.反应 在一定条件下能自发进行，说明
该反应的
B.常温下，反应 能自发进行，则
有
C.反应 在一定条件下能自发进行，
则该反应的
D.一定温度下，反应的、
√
[解析] 反应 是熵减的反应，在一定条件
下能自发进行，据可知，该反应的 ，A错误；
反应 是熵减的反应，常温下能自发
进行，据可知，该反应的 ，B正确；
反应 在一定条件下能自发进行，
据可知，该反应的 ，C错误；
反应是分解反应，该反应的 ，
D错误。
3.下列对化学反应的预测正确的是( )
选 项 化学方程式 已知条 件 预测 选 项 化学方程 式 已知条件 预测
A 它一 定是非 自发反 应 C
B 能自 发反应 D 常温 下，自发 进行
√
[解析] 为气体分子数增大的反应， ，
，在高温条件下能自发进行，A错误；
为气体分子数增大的反应， ，
所以当时，一定满足 ，反应一定能够自发进行，
当时，高温下， 成立，也可以自发进行，B错误；
的，若 ，反应一定自发进行，
若，反应也可能自发进行，若 ，反应在低温下可自发进行，
C正确；
为气体分子数减小的反应， ，当
时， ，一定不能自发进行，D错误。
4.[2025·安徽百师联盟联考] 放热反应可认为是化学反应（体系）将释
放的能量传递给了周围的环境，导致环境的熵增加，增加的熵与焓变
之间存在关系：。当 时，反应能自
发进行。已知反应： ，
，下列说法正确的是( )
A.该反应在任意温度下都能自发进行
B.该反应在任意温度下都不能自发进行
C. 时该反应能自发进行
D. 时该反应不能自发进行
√
[解析] 时反应能自发进行，即 ，
解得，这说明当温度低于 时反应可以自发进行。
5.[2023·福建卷节选] 探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。丙烷制烯烃过程
主要发生的反应有
比较反应自发进行的最低温度，反应 ___反应
。（填“ ”或“ ”）
[解析] 反应ⅰ的
时，
，同理反应ⅱ的时， ，故反应ⅰ自发进
行的最低温度比反应ⅱ自发进行的最低温度大。
考点二 反应条件的调控
6.[2025·安徽亳州联考] 已知：
。
以空气等为原料合成尿素 的流程如图所示（部分产物略去）。下列叙述错误的是( )
A.与 的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好
B.利用物质的沸点不同分离空气
C.在高压的条件下更有利于尿素的合成
D.煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
√
[解析] 温度越低，化学反应速率
越慢，从而降低产率，故合成工
艺中要选择合适的温度，A错误；
利用物质的沸点不同将空气分离，B正确；
根据反应 ，该反应是气体
分子数减小的反应，加压平衡正向移动，所以从提高产率角度来说，
在加压的条件下反应更有利于尿素的合成，C正确；
煤与氧气发生的反应是放热反应，放出的热量可提供给合成氨工艺以
保证催化剂活性，D正确。
7.[2025·广东梅州调研] 硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用
“接触法”进行生产。有关反应 的说法中不正确
的是( )
A.实际生产中，、 再循环使用以提高原料利用率
B.实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好
C.在生产中，通入过量空气的目的是提高 的转化率
D.实际生产中，选定 作为操作温度的主要原因是催化剂的
活性最高
√
[解析] 二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，和 不能反应完，因
此和 需再循环利用以提高原料利用率，A正确；
压强过大，设备可能无法承受太大的压强，该反应在常温下即可达到
较大转化率，无需加压，B错误；
通入过量的空气，则反应平衡正向移动， 的转化率提高，C正确；
实际生产中，温度为 时，催化剂的活性最高，因此
作为操作温度，D正确。
8.[2025·河北保定十校联考] 恒压条件下，密闭容器中将、 按照
体积比为合成 ，其中涉及的主要反应如下：
Ⅰ
Ⅱ
在不同催化剂作用下发生反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ，在相同的时间段内
的选择性和产率随温度的变化如图所示：
已知：的选择性 。下列说法正
确的是( )
A.保持恒温恒压下充入氮气，平衡时不影响 的产率
B.合成甲醇的适宜工业条件是约，催化剂选择
C.使用， 以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是
催化剂的活性降低
D.使用， 以上，升高
温度甲醇的产率降低，是因为
反应 Ⅰ 平衡逆向移动
√
[解析] 恒压充入氮气，反应Ⅰ压强减小，平衡逆向移动，和 增加
从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大，平衡正向移动，则 的产率增加，
A错误；
相同条件下催化剂 选择性更高，此催化剂在选择性
较高且 的产率最高，所以
合成甲醇的最适宜条件是约
、催化剂选择，
B正确；
以上反应Ⅰ为放热反应，升温平衡逆向移动，而反应Ⅱ为吸热反
应，升温平衡正向移动，也可能导致甲醇的产率降低，C错误；
， 以上甲醇的选择性降低，且升温反应Ⅱ平衡正向移动，相
同时间段内，速率加快，生成 的量增大，若反应Ⅰ未达平衡，主要
以反应Ⅱ为主，可导致甲醇的
产率降低，D错误。
9.氨氮 废水造成水体富营养化，必须脱除才能排放，常用的方
法有化学沉淀法、氧化法等。
Ⅰ.化学沉淀法
（1）向含有氨氮的废水中添加和 ，发
生反应生成 沉淀，写出该反应的离子方程式：
_____________________________________________________。
[解析] 向含有氨氮的废水中添加和 ，
发生复分解反应，生成 沉淀，反应离子方程式为
。
（2）为探究溶液酸碱性对氨氮脱除
效果的影响，室温下配制氨氮废水
，对该废水进行
与氨氮脱除效果影响的实验研究，
研究结果如图所示。
①氨氮脱除效果最佳的 范围是___。
[解析] 由图可知，氨氮脱除效果最佳的范围是 。
② 氨氮脱除率较低的原因是______________________________
__________________________________________________________，
造成氨氮脱除率随 增大而减小的可能原因是
____________________________________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
___________________________ 。
时，部分更多地转化为，导致减小，结合、生成的沉淀减少
时，与反应生成，与 结合生成
难溶的，与反应生成难
溶的； 与反应生成
；以上因素均会造成生成
沉淀减少
[解析] 在溶液中完全电离出、， 属
于弱酸的酸式根离子，能与反应，同时也能与 反应生成
，能与和反应生成难溶物，同时和 结合
生成，故 过大或过小都会造成氨氮脱除率减小。
Ⅱ.氧化法
（3）和 在有氧条件及催化剂作用下发生反应：
，当温度升
高到时，转化率明显下降， 产率明显上升，可能
原因是______________________________________________________
________________________________________________。
当温度升高到时，平衡逆移，导致转化率下降，同时在催化剂作用下与反应转化为
[解析] ，当
温度升高至一定范围后，平衡逆向移动，同时能被 氧化并转化
为，因此当温度升高到时， 转化率明显下降，
产率明显上升。
10.以煤为原料，经由甲醇可制取甲醚，也可以制取烯烃并可取代传统
的以石油为原料制取烯烃的路线。
（1）已知：在和 条件下，甲醇的燃烧热为
，乙烯的燃烧热为。则：
脱水生成 的热化学方程式是________________________________
___________________，该反应自发进行的条件是______
（填“较低”“较高”或“任意”）温度。
任意
[解析] 在和 条件下，甲醇的燃烧热为
，乙烯的燃烧热为 ，则
；
；
根据盖斯定律,得脱水生成 的热化学方程式是
， 、
，所以该反应自发进行的条件是任意温度。
（2）以煤为原料气化产生的原料气可以用来合成和 ，
合成气平衡转化率随氢碳比 的变化如图甲所示；甲醇制取烃的
过程中，会发生多种反应，可以生成、、 等，一定条件
下，测得各烃的质量分数、 转化率随温度变化情况如图乙所示。
甲
乙
①下列叙述不正确的是___。
A.合成 的最佳氢碳比为1.0
B.甲醇制取烃的过程中，相同条件下，温度越高越有利于 的生成
C.甲醇制取乙烯的过程中，一般控制在 比较合适
D.甲醇制取烃的过程中， 的平衡转化率随温度升高先增大后减少
√
甲
乙
[解析] 根据图甲，氢碳比为1.0时，合成 的转化率最高，所
以最佳氢碳比为 ，故A正确；
甲醇制取烃的过程中，相同条件下，升高温度，甲烷的质量分数逐渐
增大，温度越高越有利于 的生成，故B正确；
甲
乙
甲醇制取乙烯的过程中， 甲醇转化率较高，乙烯的质量
分数较大，所以一般控制在 比较合适，故C正确；
甲醇制取烃的过程中，由图无法判断是否处于平衡状态，故无法得出
的平衡转化率的变化趋势，故D错误。
甲
乙
②原料气合成、 过程有如下反应：
反应 Ⅰ
反应 Ⅱ
反应 Ⅲ
图甲中原料气合成的转化率高于 的原因是__________
______________________________________
______________________________________
_____________________。
反应Ⅱ耗了反应Ⅲ的生成的水，促进反应Ⅲ的正向移动，
提高了原料气生成的转化率（其他
合理的也可以）
甲
[解析] 原料气合成、 过程有如下反应：
反应 Ⅰ
反应 Ⅱ
反应 Ⅲ
反应Ⅱ耗了反应Ⅲ的生成的水，促进反应Ⅲ的
正向移动，提高了生成的转化率，
所以原料气合成的转化率高于 。
甲
快速核答案
第32讲 化学反应的方向与调控
考点一 化学反应的方向
夯实必备知识
1.（1）无需借助外力 （2）①高能 低能 做功 释放
②有序 无序
2.（1）混乱程度 （2） （3）生成物 反应物
3.（1） （2）① ② ③温度 低温 高温
【对点自测】
（1）× （2）√ （3）√ （4）× （5）× （6）× （7）×
（8）×
提升关键能力
题组 化学反应进行的方向
1.A
2.（1）任何 都能 （2）不可行 该反应为吸热、熵减的化学反应，
在任何温度下都不能正向自发进行 （3）低于 （或低于）
（4）温度高于（或高于）
考点二 反应条件的调控
夯实必备知识
1.可逆 减小 能 2.循环使用 铁触煤
3.（2）设备条件 安全操作 经济成本 （3）升高 增大 催化剂
提升关键能力
题组 反应条件的控制
1.A 2.C
经典真题·明考向
1.C 2.能
3.D 4.（1）（ⅰ）作催化剂 （ⅱ）铅室法反应中有和放出，
污染空气；副产物亚硝基硫酸影响产品质量；铅室法制硫酸的产率不
高；制得硫酸浓度相对较低（答案合理即可） （2）（ⅰ）
（ⅱ）
教师备用习题
1.B 2.（1） 不能 （2） （3）①不能 ②能
3.（1）A （2）反应物分子在催化剂表面的吸附为快速建立平衡的放
热过程，温度升高，吸附平衡逆移，被吸附的反应物浓度降低，成为
反应速率降低的主要因素
作业手册
考点一 化学反应的方向
1.D 2.B 3.C 4.C 5.
考点二 反应条件的调控
6.A 7.B 8.B
9.（1）
（2）① ②时，部分更多地转化为，导致
减小，结合、生成的沉淀减少,时，
与反应生成，与结合生成难溶的，
与反应生成难溶的；与反应生成
；以上因素均会造成生成沉淀减少
（3） 当温度升高到时，平衡逆移，导致转化率下降，
同时在催化剂作用下与反应转化为
10.（1）
任意
（2）①D ②反应Ⅱ耗了反应Ⅲ的生成的水，促进反应Ⅲ的正向移动，
提高了原料气生成的转化率（其他合理的也可以）第32讲 化学反应的方向与调控
考点一
● 夯实必备知识
1.(1)无需借助外力
(2)①高能 低能 做功 释放 ②有序 无序
2.(1)混乱程度 (2)②> > (3)生成物 反应物
3.(1)< > < = >
(2)①< > ②> < ③温度 低温 高温
【对点自测】
(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)×
[解析] (1)吸热反应也可能自发进行。
(4)反应的自发性由焓判据和熵判据共同决定。
(5)反应能否自发进行与ΔH、ΔS有关。
(6)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果不一定相同。
● 提升关键能力
题组
1.A [解析] 由ΔG=ΔH-TΔS可得ΔG=-ΔST+ΔH,根据图像结合解析式可知,该直线斜率小于0,纵截距大于0,即-ΔS<0,ΔH>0,故结果为ΔS>0、ΔH>0。
2.(1)任何 都能
(2)不可行 该反应为吸热、熵减的化学反应,在任何温度下都不能正向自发进行
(3)低于344.5 ℃(或低于617.5 K)
(4)温度高于778 ℃(或高于1051 K)
[解析] (1)由表中数据知,反应①2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g)的ΔH<0、ΔS>0,在任何温度下都有ΔH-TΔS<0,故反应①在任何温度下,都能正向自发进行。(2)由表中数据知,反应②CO2(g)C(s,石墨)+O2(g)的ΔH>0、ΔS<0,在任何温度下都有ΔH-TΔS>0,所以在任何温度下都不能正向自发进行。(3)反应③的ΔH=-176 kJ·mol-1,ΔS=-285 J·mol-1·K-1,ΔH-TΔS<0时反应正向自发进行,则-176 kJ·mol-1+0.285 kJ·mol-1·K-1×T<0,T<617.5 K≈344.5 ℃,即低于344.5 ℃时反应③能正向自发进行。(4)CaCO3分解的条件是ΔH-TΔS<0,代入数据178.2 kJ·mol-1-0.169 6 kJ·mol-1·K-1×T<0,解得T>1051 K≈778 ℃,即当温度高于778 ℃时,CaCO3开始分解。
考点二
● 夯实必备知识
1.(2)可逆 减小 < < < 能
2.(2)循环使用 铁触媒
3.(2)设备条件 安全操作 经济成本
(3)升高 增大 催化剂
● 提升关键能力
题组
1.A [解析] 高温高压、催化剂是合成氨的条件,硫酸工业不需要高压,A错误;为提高SO2的转化率,不是通入的空气越多越好,通入空气越多,导致体系温度下降,需要更多的能量,为提高SO2的转化率,可通入稍过量的空气,B正确;升高温度可加快反应速率,合成氨反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且催化剂的活性与温度有关,则反应温度选择400~500 ℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果,C正确;工业合成氨,迅速冷却、液化氨气,是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动,D正确。
2.C [解析] 从图中可以看出,温度低于900 ℃时,CH4的相对体积基本上是100%,所以反应Ⅰ基本不发生,A正确;850~900 ℃时,H2、CO的相对体积都增大,且增大的幅度相近,而CH4的相对体积略有减小,可能是使CO2转化率增大的原因,则反应Ⅰ进行的幅度很小,反应Ⅱ、Ⅲ基本不发生,主要发生反应Ⅳ,B正确;4个反应均为生成CO的反应,且都为吸热反应,所以若想提高CO的相对体积,应选择升高温度,与增大焦炉煤气的流速无关,C错误;图中信息显示,温度低于900 ℃,CH4的相对体积基本上是100%,则反应Ⅰ基本不发生,故工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂,D正确。
经典真题·明考向
1.C
[解析] 反应NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0,ΔS>0 ,由ΔG=ΔH-TΔS可知,任意温度下,该反应均能自发进行,故答案选C。
2.能
[解析] 反应CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH1=+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1,在1000 K时,ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1000 K×80.84×1 kJ·mol-1·K-1=-6.24 kJ·mol-1<0,故该反应在1000 K时能自发进行。
3.D [解析] 由表可知,相同温度下,乙烷在发生转化时,乙烯的选择性大于50%,反应Ⅰ更易发生,则反应活化能:Ⅰ<Ⅱ,A正确;由表可知,500 ℃、5 min时,乙烷的转化率为9.0%,可得转化的乙烷的总物质的量为2 mol×9.0%=0.18 mol,而此时乙烯的选择性为80%,则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18 mol×80%=0.144 mol,根据方程式可得,生成乙烯的物质的量为0.144 mol,则0~5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)==2.88×10-3 mol·L-1·min-1,B正确;其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),反应Ⅰ正向进行,可提高乙烯的产率,C正确;其他条件不变,增大投料比投料,平衡后CO2转化率提高,C2H6转化率降低,D错误。
4.(1)(ⅰ)作催化剂 (ⅱ)铅室法反应中有NO和NO2放出,污染空气;副产物亚硝基硫酸影响产品质量;铅室法制硫酸的产率不高;制得硫酸浓度相对较低(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)铅室法最终被接触法代替的原因是在铅室法反应中有NO和NO2放出,污染空气;同时副产物亚硝基硫酸影响产品质量;铅室法制硫酸的产率不高;制得硫酸浓度相对较低。
(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;不同温度下平衡转化率不同,α=0.88可能是某一温度下的平衡转化率,且T=490 ℃时,α能达到0.92,则该温度下平衡转化率一定不是0.88,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,最大反应速率对应的温度也逐渐降低,c正确;从图像可以看出随着转化率的增大,最大反应速率对应的温度逐渐降低,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。第32讲 化学反应的方向与调控
1.D [解析] 同一种物质的熵:气态>液态>固态,则1 mol SO3在不同状态时的熵值:S[SO3(s)]0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,常温下反应能自发进行,B错误;反应自发进行的判断依据是ΔG=ΔH-TΔS<0,放热反应也可能是非自发的,吸热反应也可能是自发的,如氢氧化钡晶体与氯化铵的反应,C错误;反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的ΔS>0,ΔH>0,依据ΔG=ΔH-TΔS<0反应能自发进行,则此反应在较高温度下能自发进行,是该反应ΔS的影响为主,D正确。
2.B [解析] 反应2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)是熵减的反应,在一定条件下能自发进行,据ΔH-TΔS<0可知,该反应的ΔH<0,A错误;反应2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)是熵减的反应,常温下能自发进行,据ΔH-TΔS<0可知,该反应的ΔH<0,B正确;反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)在一定条件下能自发进行,据ΔH-TΔS<0可知,该反应的ΔH<0,C错误;反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)是分解反应,该反应的ΔH>0,D错误。
3.C [解析] A(s)B(g)+C(s)为气体分子数增大的反应,ΔS>0,ΔH>0,在高温条件下能自发进行,A错误;A(g)+2B(g)2C(g)+3D(g)为气体分子数增大的反应,ΔS>0,所以当ΔH<0时,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定能够自发进行,当ΔH>0时,高温下,ΔH-TΔS<0成立,也可以自发进行,B错误;M(s)+aN(g)2Q(g)的ΔH<0,若a=1,反应一定自发进行,若a=2,反应也可能自发进行,若a=3,反应在低温下可自发进行,C正确;M(s)+N(g)2Q(s)为气体分子数减小的反应,ΔS<0,当ΔH>0时,ΔH-TΔS>0,一定不能自发进行,D错误。
4.C [解析] ΔS体系+ΔS环境>0时反应能自发进行,即-284+>0,解得T<619.7,这说明当温度低于619.7 K时反应可以自发进行。
5.>
[解析] 反应ⅰ的ΔG=124 kJ·mol-1-127×10-3 kJ·K-1·mol-1×T<0时,T> K,同理反应ⅱ的ΔG<0时,T> K,故反应ⅰ自发进行的最低温度比反应ⅱ自发进行的最低温度大。
6.A [解析] 温度越低,化学反应速率越慢,从而降低产率,故合成工艺中要选择合适的温度,A错误;利用物质的沸点不同将空气分离,B正确;根据反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),该反应是气体分子数减小的反应,加压平衡正向移动,所以从提高产率角度来说,在加压的条件下反应更有利于尿素的合成,C正确;煤与氧气发生的反应是放热反应,放出的热量可提供给合成氨工艺以保证催化剂活性,D正确。
7.B [解析] 二氧化硫和氧气的反应为可逆反应,SO2和O2不能反应完,因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率,A正确;压强过大,设备可能无法承受太大的压强,该反应在常温下即可达到较大转化率,无需加压,B错误;通入过量的空气,则反应平衡正向移动,SO2的转化率提高,C正确;实际生产中,温度为400~500 ℃时,催化剂的活性最高,因此400~500 ℃作为操作温度,D正确。
8.B [解析] 恒压充入氮气,反应Ⅰ压强减小,平衡逆向移动,H2和CO2增加从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大,平衡正向移动,则CO的产率增加,A错误;相同条件下催化剂CZ(Zr-1)T选择性更高,此催化剂在230 ℃选择性较高且CH3OH的产率最高,所以合成甲醇的最适宜条件是约230 ℃、催化剂选择CZ(Zr-1)T,B正确;230 ℃以上反应Ⅰ为放热反应,升温平衡逆向移动,而反应Ⅱ为吸热反应,升温平衡正向移动,也可能导致甲醇的产率降低,C错误;CZT,230 ℃以上甲醇的选择性降低,且升温反应Ⅱ平衡正向移动,相同时间段内,速率加快,生成CO的量增大,若反应Ⅰ未达平衡,主要以反应Ⅱ为主,可导致甲醇的产率降低,D错误。
9.(1)Mg2++N+HP+6H2OMgNH4PO4·6H2O↓+H+
(2)①b ②pH<7时,部分HP更多地转化为H2P,导致c(P)减小,结合N、Mg2+生成的沉淀减少 pH>10时,HP与OH-反应生成P,P与Mg2+结合生成难溶的Mg3(PO4)2,Mg2+与OH-反应生成难溶的Mg(OH)2;N与OH-反应生成NH3·H2O;以上因素均会造成生成MgNH4PO4·6H2O沉淀减少
(3)当温度升高到550~700 ℃时,平衡逆移,导致NO转化率下降,同时NH3在催化剂作用下与O2反应转化为NO2
[解析] (1)向含有氨氮的废水中添加Na2HPO4·12H2O和MgCl2·6H2O,发生复分解反应,生成MgNH4PO4·6H2O沉淀,反应离子方程式为Mg2++N+HP+6H2OMgNH4PO4·6H2O↓+H+。(2)①由图可知,氨氮脱除效果最佳的pH范围是8~10。②Na2HPO4·12H2O在溶液中完全电离出Na+、HP,HP属于弱酸的酸式根离子,能与H+反应,同时也能与OH-反应生成P,Mg2+能与P和OH-反应生成难溶物,同时N和OH-结合生成NH3·H2O,故pH过大或过小都会造成氨氮脱除率减小。(3)4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0,当温度升高至一定范围后,平衡逆向移动,同时NH3能被O2氧化并转化为NO2,因此当温度升高到550~700 ℃时,NO转化率明显下降,NO2产率明显上升。
10.(1)2CH3OH(l)C2H4(g)+2H2O(l) ΔH=-42 kJ·mol-1 任意 (2)①D ②反应Ⅱ耗了反应Ⅲ的生成的水,促进反应Ⅲ的正向移动,提高了原料气生成CH3OCH3的转化率(其他合理的也可以)
[解析] (1)在25 ℃和101 kPa条件下,甲醇的燃烧热为
-726.5 kJ·mol-1,乙烯的燃烧热为-1411 kJ·mol-1,则
a 2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1453 kJ·mol-1;b C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1411 kJ·mol-1;根据盖斯定律,a-b得CH3OH(l)脱水生成C2H4的热化学方程式是2CH3OH(l)C2H4(g)+2H2O(l) ΔH=-42 kJ·mol-1,ΔS>0、ΔH<0,所以该反应自发进行的条件是任意温度。(2)①根据图甲,氢碳比为1.0时,合成CH3OCH3的转化率最高,所以最佳氢碳比为1.0,故A正确;甲醇制取烃的过程中,相同条件下,升高温度,甲烷的质量分数逐渐增大,温度越高越有利于CH4的生成,故B正确;甲醇制取乙烯的过程中,350~400 ℃甲醇转化率较高,乙烯的质量分数较大,所以一般控制在350~400 ℃比较合适,故C正确;甲醇制取烃的过程中,由图无法判断是否处于平衡状态,故无法得出CH3OH的平衡转化率的变化趋势,故D错误。②原料气合成CH3OH、CH3OCH3过程有如下反应:
反应Ⅰ 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH=-91 kJ·mol-1
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1
反应Ⅲ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-24 kJ·mol-1
反应Ⅱ耗了反应Ⅲ的生成的水,促进反应Ⅲ的正向移动,提高了生成CH3OCH3的转化率,所以原料气合成CH3OCH3的转化率高于CH3OH。第32讲 化学反应的方向与调控
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。
3.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。
考点一 化学反应的方向
1.自发反应
(1)含义
在温度和压强一定的条件下 就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)特点
①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部 或 热量)。
②在密闭条件下,体系有从 自发地转变为 的倾向性(无序体系更加稳定)。
2.熵和熵变
(1)熵是度量体系 的物理量,符号为S。
(2)影响熵大小的因素:
①相同条件下,物质不同则熵不同。
②同一物质:S(g) S(l) S(s)。
(3)熵变(ΔS)= 的总熵- 的总熵。
3.反应进行的方向
(1)判据
(2)一般规律:
①ΔH 0,ΔS 0的反应任何温度下都能自发进行;
②ΔH 0,ΔS 0的反应任何温度下都不能自发进行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时, 对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时 下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时, 下反应能自发进行。
说明:对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后气体物质的化学计量数的大小。
【对点自测】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)能自发进行的反应,一定是放热反应 ( )
(2)同种物质不同状态时熵值不同,气态时最大 ( )
(3)在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大 ( )
(4)熵增的反应一定能自发进行 ( )
(5)一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热 ( )
(6)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同 ( )
(7)过程自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程发生的速率 ( )
(8)-10 ℃的水结成冰,可用熵变的判据来解释反应的自发性 ( )
题组 化学反应进行的方向
1.已知反应Al2Br6(l)2Al(g)+6Br(g) ΔH,由图可知,若该反应自发,则该反应的 。
A.ΔH>0,ΔS>0
B.ΔH<0,ΔS>0
C.ΔH>0,ΔS<0
D.ΔH<0,ΔS<0
2.反应的焓变、熵变随温度的变化较小,假设它们不随温度变化,根据下表数据,思考回答下列问题:
化学反应 ΔH/(kJ· mol-1) ΔS/(J·mol-1· K-1)
①2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g) -98 57.2
②CO2(g)C(s,石墨)+O2(g) 393.5 -2.86
③HCl(g)+NH3(g)NH4Cl(s) -176 -285
④CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) 178.2 169.6
(1)根据表中数据可知:反应①在 温度下, 正向自发进行。
(2)有人提出采用适当的催化剂,用热分解法分解CO2,以减少CO2的排放,你认为是否可行 。阐述判断的理由: 。
(3)利用复合判据,计算反应③能正向自发进行的温度范围: 。
(4)利用复合判据,计算CaCO3分解的温度条件: 。
归纳总结
四象限法判断反应能否自发进行
在温度、压强一定的条件下,反应总是向ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为如下四个方面:
考点二 反应条件的调控
1.工业合成氨反应及分析
(1)反应原理
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。
(2)反应特点
2.工业合成氨的条件调控
(1)理论分析
根据反应特点可知,合成氨反应速率增大的措施有升高温度、增大压强、增大N2和H2的浓度和使用催化剂;提高平衡混合物中NH3的含量的措施有降低温度、增大压强、增大反应物浓度。
(2)合成氨条件的调控
影响因素 选择条件
温度 反应温度控制在400~500 ℃
浓度 N2、H2的体积投料比为1∶2.8。氨及时从混合气中分离出去,剩余气体
压强 10 MPa~30 MPa
催化剂 选择 作催化剂
3.化学反应的调控
(1)通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
(2)在实际生产中常常需要结合 、 、 等情况,综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。
(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
题组 反应条件的控制
1.[2025·广东东莞四校联考] 化学反应的调控对于工业生产具有积极意义,下列关于调控措施的说法错误的是 ( )
A.硫酸工业中,在高温高压、催化剂作用下,可提高生产效益
B.硫酸工业中,为提高SO2的转化率,可通入稍过量的空气
C.工业合成氨,考虑催化剂的活性,选择400~500 ℃的反应温度
D.工业合成氨,迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动
2.[2025·江苏南通名校联盟联考] 焦炉煤气(主要成分:CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下,使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247.1 kJ·mol-1
反应Ⅱ:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH3=+172 kJ·mol-1
反应Ⅳ:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH4=+131.29 kJ·mol-1
在1×105 Pa下,将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管,CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。
相对体积V(CH4)=,相对体积V(CO或H2)=。
下列说法不正确的是 ( )
A.温度低于900 ℃,反应Ⅰ基本不发生
B.850~900 ℃时,主要发生反应Ⅳ
C.增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D.工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
归纳总结
化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
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,尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动
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,循环利用从而降低生产成本
从实际生产 能力分析 既要注意理论上的需要,又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性
从催化剂的 使用分析 ①防止催化剂中毒,增加净化装置; ②温度对催化剂活性的影响; ③应用催化剂的选择性,控制副反应,提高产率,降低生产成本
经典真题·明考向
1.[2024·浙江卷节选] 25 ℃、101 kPa下,硼氢化钠(NaBH4)水解生氢反应方程式如下:NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0,该反应能自发进行的条件是 。
A.高温 B.低温 C.任意温度 D.无法判断
2.[2024·贵州卷节选] 一定温度下,CH4芳构化时存在如下反应:
CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH1=+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1
该反应在1000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
3.[2024·浙江卷] 二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是 ( )
温度/℃ 400 500 600
乙烷转化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性/% 92.6 80.0 61.8
注:乙烯选择性=×100%
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为
v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比投料,平衡后可提高乙烷转化率
4.[2023·辽宁卷节选] (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+H2ONO+H2SO4
2NO+O22NO2
(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)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·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图所示,催化性能最佳的是 (填标号)。 第32讲 化学反应的方向与调控
考点一 化学反应的方向
1.[2025·江西红色十校联考] 下列关于化学反应的方向及其判据的说法,正确的是 ( )
A.1 mol SO3在不同状态时的熵值:S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)]
B.2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-77.6 kJ·mol-1,常温下该反应不能自发进行
C.放热反应都可以自发进行,吸热反应都不能自发进行
D.反应C(s)+CO2(g)2CO(g)在较高温度下能自发进行,是该反应ΔS的影响为主
2.下列对于化学反应方向的说法正确的是 ( )
A.反应 2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0
B.常温下,反应2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)能自发进行,则有ΔH<0
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>0
D.一定温度下,反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0、ΔS>0
3.下列对化学反应的预测正确的是 ( )
选项 化学方程式 已知条件 预测
A A(s)B(g)+C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应
B A(g)+2B(g)2C(g)+3D(g) 能自发反应 ΔH一定小于0
C M(s)+aN(g)2Q(g) ΔH<0,自发反应 a可能等于1、2、3
D M(s)+N(g)2Q(s) 常温下,自发进行 ΔH>0
4.[2025·安徽百师联盟联考] 放热反应可认为是化学反应(体系)将释放的能量传递给了周围的环境,导致环境的熵增加,增加的熵与焓变之间存在关系:ΔS环境=-。当ΔS体系+ΔS环境>0时,反应能自发进行。已知反应:A(g)+B(g)C(s) ΔH=-176 kJ·mol-1,ΔS=-284 J·mol-1·K-1,下列说法正确的是 ( )
A.该反应在任意温度下都能自发进行 B.该反应在任意温度下都不能自发进行
C.T=298 K时该反应能自发进行 D.T=298 K时该反应不能自发进行
5.[2023·福建卷节选] 探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。丙烷制烯烃过程主要发生的反应有
ⅰ.C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1=+124 kJ·mol-1 ΔS1=127 J·K-1·mol-1 Kp1
ⅱ.C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) ΔH2=+82 kJ·mol-1 ΔS2=135 J·K-1·mol-1 Kp2
比较反应自发进行(ΔG=ΔH-TΔS<0)的最低温度,反应ⅰ 反应ⅱ。(填“>”或“<”)
考点二 反应条件的调控
6.[2025·安徽亳州联考] 已知:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程如图所示(部分产物略去)。下列叙述错误的是 ( )
A.N2与H2的反应是放热反应,合成工艺中温度越低越好
B.利用物质的沸点不同分离空气
C.在高压的条件下更有利于尿素的合成
D.煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
7.[2025·广东梅州调研] 硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应2SO2+O22SO3的说法中不正确的是 ( )
A.实际生产中,SO2、O2再循环使用以提高原料利用率
B.实际生产中,为了提高反应速率,压强越高越好
C.在生产中,通入过量空气的目的是提高SO2的转化率
D.实际生产中,选定400~500 ℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高
8.[2025·河北保定十校联考] 恒压条件下,密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1∶3合成CH3OH,其中涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1
在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图所示:
已知:CH3OH的选择性=×100%。下列说法正确的是 ( )
A.保持恒温恒压下充入氮气,平衡时不影响CO的产率
B.合成甲醇的适宜工业条件是约230 ℃,催化剂选择CZ(Zr-1)T
C.使用CZ(Zr-1)T,230 ℃以上,升高温度甲醇的产率降低,原因是催化剂的活性降低
D.使用CZT,230 ℃以上,升高温度甲醇的产率降低,是因为反应Ⅰ平衡逆向移动
9.氨氮(N)废水造成水体富营养化,必须脱除才能排放,常用的方法有化学沉淀法、氧化法等。
Ⅰ.化学沉淀法
(1)向含有氨氮的废水中添加Na2HPO4·12H2O和MgCl2·6H2O,发生反应生成MgNH4PO4·6H2O沉淀,写出该反应的离子方程式: 。
(2)为探究溶液酸碱性对氨氮脱除效果的影响,室温下配制氨氮废水[c(N)=c(Mg2+)=c(P)=1×10-3 mol·L-1],对该废水进行pH与氨氮脱除效果影响的实验研究,研究结果如图所示。
①氨氮脱除效果最佳的pH范围是 。
a.6~7 b.8~10 c.10~12
②pH<7氨氮脱除率较低的原因是 ,
pH>10造成氨氮脱除率随pH增大而减小的可能原因是 。
Ⅱ.氧化法
(3)NO和NH3在有氧条件及催化剂作用下发生反应:4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0,当温度升高到550~700 ℃时,NO转化率明显下降,NO2产率明显上升,可能原因是 。
10.以煤为原料,经由甲醇可制取甲醚,也可以制取烯烃并可取代传统的以石油为原料制取烯烃的路线。
(1)已知:在25 ℃和101 kPa条件下,甲醇的燃烧热为-726.5 kJ·mol-1,乙烯的燃烧热为-1411 kJ·mol-1。则:CH3OH(l)脱水生成C2H4的热化学方程式是 ,该反应自发进行的条件是 (填“较低”“较高”或“任意”)温度。
(2)以煤为原料气化产生的原料气可以用来合成CH3OH和CH3OCH3,合成气平衡转化率随氢碳比的变化如图甲所示;甲醇制取烃的过程中,会发生多种反应,可以生成CH4、C2H4、C4H8等,一定条件下,测得各烃的质量分数、CH3OH转化率随温度变化情况如图乙所示。
甲
乙
①下列叙述不正确的是 。
A.合成CH3OCH3的最佳氢碳比为1.0
B.甲醇制取烃的过程中,相同条件下,温度越高越有利于CH4的生成
C.甲醇制取乙烯的过程中,一般控制在350~400 ℃比较合适
D.甲醇制取烃的过程中,CH3OH的平衡转化率随温度升高先增大后减少
②原料气合成CH3OH、CH3OCH3过程有如下反应:
反应Ⅰ 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
ΔH=-91 kJ·mol-1
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH=-41 kJ·mol-1
反应Ⅲ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH=-24 kJ·mol-1
图甲中原料气合成CH3OCH3的转化率高于CH3OH的原因是 。
