資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第04講 化學反應的方向、化學反應的調控
目 錄
01 考情透視·目標導航 2
02 知識導圖·思維引航 3
03 考點突破·考法探究 3
考點一 化學反應的方向 3
知識點1 自發過程與自發反應 3
知識點2 化學反應的方向與能量、熵變的關系 4
知識點3 化學反應方向判斷方法 5
考向1 考查自發過程和自發反應的概念 6
考向2 考查化學反應方向的判據 7
考點二 化學反應的調控 8
知識點1 控制反應條件的目的及措施 8
知識點2 工業合成氨的條件選擇 9
考向1 考查合成氨反應適宜條件的選擇 11
考向2 考查工業上選擇適宜生產條件的原則 11
04 真題練習·命題洞見 13
考點要求 考題統計 考情分析
化學反應的方向 2024湖北卷12題，3分 2023湖北卷3題，3分 2022湖北卷8題，3分 2022浙江卷20題，2分 分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規律： 1．從考查題型和內容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現，主要考查化學反應的熵變及反應進行的方向、化工生產中條件的選擇等。 2．從命題思路上看，側重以化工生產為背景，考查結合反應速率及焓變考查化工生產條件的選擇。 （1）選擇題：考查反應進行的方向，工業生產適宜條件的選擇。 （2）非選擇題：常常與基本理論、工業生產相聯系，通過圖像或表格提供信息，從反應時間、投料比值、催化劑的選擇、轉化率等角度考查生產條件的選擇； 3．根據高考命題特點和規律，復習時要注意以下方面：平衡原理在化工生產中的綜合應用。
化學反應的調控 2023遼寧卷3題，3分 2021江蘇卷14題，3分
復習目標： 1.結合學過的化學反應實例，了解自發過程和化學反應的自發性。 2.通過“有序”和“無序”的對比，了解熵和熵變的意義。 3.初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響，能用焓變和熵變解釋化學反應的方向，培養證據推理與模型認知能力。 4.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。 5.知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。
考點一 化學反應的方向
知識點1 自發過程與自發反應
1．自發過程
（1）概念：在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。
（2）特點：
①體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態(體系對外部做功或釋放熱量)。
②在密閉條件下，體系有從有序轉變為無序的傾向性(無序體系更加穩定)。
2．自發反應
（1）概念：在一定條件下無需外界幫助就能自發進行的反應稱為自發反應。
（2）特點：
①自發反應具有方向性，即反應的某個方向在一定條件下自發進行，而該反應的逆方向在該條件下肯定不能自發進行。
②能夠自發進行的反應在常溫下不一定能夠發生，自發性只能用于判斷反應的方向,不能確定反應是否一定會發生和發生的速率。
知識點2 化學反應的方向與能量、熵變的關系
1．熵與熵變
（1）熵的含義：熵是衡量一個體系混亂度的物理量，即表示體系的不規則或無序狀態程度的物理量。混亂度越大,體系越無序,體系的熵就越大。用符號S表示。同一條件下，不同物質有不同的熵值，同一物質在不同狀態下熵值也不同，一般規律是S(g)>S(l)>S(s)。
（2）熵變的含義：熵變是反應前后體系熵的變化，用ΔS表示，化學反應的ΔS越大，越有利于反應自發進行。
2．化學反應的方向與能量的關系
能量變化是一個與反應能否自發進行有關的因素，但不是決定反應能否自發進行的惟一因素。
（1）多數能自發進行的化學反應是放熱反應。
例如：在常溫、常壓下，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應是自發的，反應放熱：
4Fe(OH)2(s)＋2H2O（1）＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol
（2）有不少吸熱反應也能自發進行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O（1） ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol
（3）有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發進行，但在較高溫度下則能自發進行。
例如：在室溫下和較高溫度下均為吸熱過程的CaCO3的分解反應。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol
結論：研究表明，對于化學反應而言，絕大多數放熱反應都能自發進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全。可見，反應的焓變是制約化學反應能否自發進行的因素之一。
注意：①反應能量判據不是決定反應能否自發進行的惟一因素。②有些吸熱反應也能自發進行。
3．化學反應的方向與熵變的關系
化學反應中要發生物質的變化或物質狀態的變化，因此存在著熵變。反應的熵變ΔS為反應產物總熵與反應物總熵之差。對于確定的化學反應，在一定條件下具有確定的熵變。
（1）許多熵增加的反應在常溫、常壓下可以自發進行。產生氣體的反應，氣體物質的物質的量增大的反應，熵變通常都是正值，為熵增反應。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)；
（2）有些熵增的反應在常溫、常壓下不能自發進行，但在較高溫度下可以自發進行。
例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；
（3）鋁熱反應是熵減的反應，它在一定條件下也可以自發進行。
例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
結論：研究表明，除了熱效應外，決定化學反應能否自發進行的另一個因素是體系的混亂度，大多數自發反應有趨向于體系混亂度增大的傾向。
注意：①少數熵減少的反應在一定條件下也可以自發進行,如NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立體系或絕熱體系的自發過程才向著熵增的方向進行。
知識點3 化學反應方向判斷方法
1．傳統的判斷方法
（1）由不穩定物質向穩定物質轉變
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，穩定性：NaCO3＞NaHCO3。
（2）離子反應中，對于復分解反應，一般是由易電離的物質向難電離的物質轉變，或向離子濃度減小的方向轉變。
①由溶解度大的物質向溶解度小的物質轉變。
如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。
②由相對強酸(堿)向相對弱酸(堿)轉變。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性強弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
（3）由難揮發(高沸點)性物質向易揮發(低沸點)性物質轉變。
①由難揮發性酸向易揮發性酸轉變。
如NaCl＋H2SO4(濃)NaHSO4＋HCl↑，所以沸點：H2SO4(濃)＞HCl。
②由難揮發性酸酐向易揮發性酸酐轉變。
如CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以沸點：SiO2＞CO2。
③由難揮發性金屬向易揮發性金屬轉變。
如2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb，所以沸點：Mg＞Rb。
（4）由氧化性(還原性)強的物質向氧化性(還原性)弱的物質的轉變。
如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
2．用焓變和熵變判斷反應的方向
體系的自由能變化(符號為ΔG，單位為 kJ/mol)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學反應自發進行的方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。
（1）當ΔH＜0，ΔS＞0時，ΔG＜0，反應自發進行。
（2）當ΔH＞0，ΔS＜0時，ΔG＞0，反應不能自發進行。
（3）當ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0時，反應是否自發進行與溫度有關，在一定溫度下可使ΔG＝0，即反應達平衡狀態。
（4）ΔH<0、ΔS<0時,則ΔH-TΔS在較低溫度時可能小于零,所以低溫有利于反應自發進行。圖解如下:
【易錯提醒】①根據ΔH－TΔS＜0判斷的只是反應能否自發進行的可能性，具體的反應能否實際發生，還涉及到化學反應速率的問題。
②判斷一個化學反應能否自發進行，若無任何外加條件，可以認為我們所學過的化學反應(電解反應除外)都是能夠自發進行的。
考向1 考查自發過程和自發反應的概念
例1下列不屬于自發進行的變化是（ ）
A．紅墨水加到清水使整杯水變紅
B．冰在室溫下融化成水
C．水電解生成氫氣和氧氣
D．鐵器在潮濕的空氣中生銹
【易錯提醒】關于反應自發性需要注意：（1）化學反應方向的判據指出的僅僅是在一定條件下化學反應自發進行的趨勢，并不能說明在該條件下反應一定能實際發生，還要考慮化學反應的快慢問題。（2）自發過程的兩種傾向：①體系趨向于高能狀態轉變為低能狀態(體系對外部做功或釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序轉變為無序的傾向性(無序體系更加穩定)。
【變式訓練1】有關化學反應的說法，正確的是
A．自發反應都是放熱反應 B．自發反應都是熵增大的反應
C．自發反應一定能實現 D．非自發反應在一定條件下能實現
【變式訓練2】下列關于自發過程的敘述中，正確的是
A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B．需要加熱才能夠進行的過程肯定不是自發過程
C．非自發過程，改變溫度也不能變為自發過程
D．能自發進行的反應不一定能迅速發生反應
考向2 考查化學反應方向的判據
例2（2024·遼寧·模擬預測）向體積均為的甲、乙兩個恒容密閉容器中分別充入和，發生反應：。分別在絕熱、恒溫條件下進行，兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是
A．正反應在較低溫度下能自發進行
B．乙在恒溫條件下進行，
C．a點的正反應速率大于c點的正反應速率
D．甲條件下平衡常數K小于20.25
【思維建模】1．反應能否自發進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響，復合判據ΔH－TΔS<0的反應不一定能夠實際發生，只是指出了在該條件下化學反應自發進行的趨勢，還要考慮化學反應的快慢問題。
2．焓變、熵變和溫度對化學反應方向的影響
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反應情況
－ ＋ 永遠是負值 在任何溫度下過程均自發進行
＋ － 永遠是正值 在任何溫度下過程均非自發進行
＋ ＋ 低溫為正高溫為負 低溫時非自發，高溫時自發
－ － 低溫為負高溫為正 低溫時自發，高溫時非自發
【變式訓練1】（2024·黑龍江牡丹江·一模）工業以硫黃或黃鐵礦(主要成分FeS2，燒渣主要成分為Fe2O3)為主要原料生產硫酸主要流程如下：
下列說法正確的是
A．高溫焙燒1 mol FeS2時轉移的電子數為15 NA(NA代表阿伏加德羅數值)
B．SO2與H2S反應生成淡黃色沉淀，體現了SO2的還原性
C．反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)具有自發性的原因是ΔH＜0
D．98%濃硫酸粘度較高，與其范德華力較大有關
【變式訓練2】（2024·江蘇南通·二模）可用于低溫下催化氧化HCHO：。下列關于催化氧化甲醛的反應說法正確的是
A．該反應， B．HCHO、、均為極性分子
C．升高溫度，增大，減小 D．使用催化劑降低了該反應的焓變
考點二 化學反應的調控
知識點1 控制反應條件的目的及措施
1．控制反應條件的目的
（1）促進有利的化學反應：通過控制反應條件，可以加快化學反應速率，提高反應物的轉化率，從而促進有利的化學反應進行。
（2）抑制有害的化學反應：通過控制反應條件，也可以減緩化學反應速率，減少甚至消除有害物質的產生或控制副反應的發生，從而抑制有害的化學反應繼續進行。
2.控制反應條件考慮因素：在實際生產中常常需要結合設備條件、安全操作、經濟成本等情況，綜合考慮影響化學反應速率和化學平衡的因素，尋找適宜的生產條件。此外，還要根據環境保護及社會效益等方面的規定和要求做出分析，權衡利弊，才能實施生產。
3．控制反應條件的基本措施
（1）控制化學反應速率的措施
通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調控反應速率。
（2）提高轉化率的措施
通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應的限度，從而提高轉化率。
4.工業上選擇適宜生產條件的原則
外界 條件 有利于加快速率的條件控制 有利于平衡正向移動的條件控制 綜合分析結果
濃度 增大反應物的濃度 增大反應物的濃度、減小生成物的濃度 不斷地補充反應物、及時地分離出生成物
催化劑 加合適的催化劑 不需要 加合適的催化劑
溫度 高溫 ΔH＜0 低溫 兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度
ΔH＞0 高溫 在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并考慮催化劑的活性
壓強 高壓(有氣體參加) Δνg＜0 高壓 在設備條件允許的前提下，盡量采取高壓
Δνg＞0 低壓 兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強
知識點2 工業合成氨的條件選擇
1、合成氨反應的特點
（1）反應：合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。
（2）特點：
①可逆反應
②放熱反應：ΔH<0
③熵減的反應：ΔS<0
④常溫(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。
2、合成氨反應特點的分析
對合成氨反應的影響 影響因素
濃度 溫度 壓強 催化劑
增大合成氨的反應速率 增大 升高 增大 使用
提高平衡混合物中氨的含量 增大 降低 增大 無影響
3、工業合成氨的適宜條件
1）工業合成氨的適宜條件
外部條件 工業合成氨的適宜條件
壓強 根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(10～30 MPa)
溫度 適宜溫度，400～500 ℃
催化劑 使用鐵觸媒做催化劑（500℃左右時的活性最大）
濃度 N2和H2的物質的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去
2）問題討論
（1）壓強：目前我國合成氨廠一般采用的壓強在10～30 MPa，不采用更高壓強的理由是：壓強越大，對設備的要求越高、需要的動力越大。
（2）溫度：升高溫度能提高化學反應速率，但工業合成氨溫度不能太高的理由是：
①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率降低。
②400～500_℃催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱。
注意：工業生產中，必須從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。
4、合成氨的生產流程
（1）生產流程
（2）流程分析
①原料氣干燥、凈化：除去原料氣中的水蒸氣及其他氣體雜質，防止與催化劑接觸時，導致催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性
②壓縮機加壓：增大壓強
③熱交換：合成氨反應為放熱反應，反應體系溫度逐漸升高，為原料氣反應提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經濟效益。
④冷卻：生成物NH3的液化需較低溫度采取迅速冷卻的方法，可使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出來，以促使平衡向生成NH3的方向移動。
⑤循環使用原料氣：因合成氨反應為可逆反應，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環利用，并及時補充N2和H2,使反應物保持一定的濃度，以利于合成氨反應，提高經濟效益。
考向1 考查合成氨反應適宜條件的選擇
例1工業合成氨的反應為：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，該反應應采取的適宜條件是
A．低溫、高壓、催化劑 B．適宜的溫度、壓強、催化劑
C．低溫、常壓、催化劑 D．高溫、高壓、催化劑
【思維建模】工業生產中，必須從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。
【變式訓練1】氨是制造化肥的重要原料，如圖為工業合成氨的流程圖。下列有關說法錯誤的是
A．工業上制氮氣一般用分離液態空氣法
B．步驟②、③、④、⑤均有利于提高反應物的平衡轉化率
C．步驟①中“凈化”N2、H2混合氣體可以防止催化劑中毒
D．步驟③中溫度選擇500℃，主要是考慮催化劑的活性
【變式訓練2】（23-24高三上·天津·階段考試）某溫度下發生反應：3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol，N2的轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示，下列說法中正確的是
A．將1molN2、3molH2置于1L密閉容器中發生反應，放出的熱量為92.4kJ
B．平衡狀態由A變到B時，平衡常數KAC．上述反應在達到平衡后，增大壓強，H2的轉化率增大
D．合成氨工業中常采用400~500℃的高溫以提高原料的轉化率
考向2 考查工業上選擇適宜生產條件的原則
例2某工業生產中發生反應：2A(g)+B(g) 2M(g)△H<0。下列有關該工業生產的說法正確的是( )
A.工業上合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成
B.若物質B價廉易得，工業上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉化率
C.工業上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高，反應物的轉化率越高
D.工業生產中常采用催化劑，因為生產中使用催化劑可提高M的日產量
【思維建模】化學反應適宜條件選擇的思維流程
【變式訓練1】（2024·廣東惠州·三模）一定條件下，1-苯基丙炔(Ph-C=C-CH3)可與HCl發生催化加成，反應如下：
反應過程中該炔烴及反應產物的占比隨時間的變化如圖(已知：反應I、Ⅲ為放熱反應)，下列說法不正確的是
A．反應活化能：反應I<反應Ⅱ
B．反應焓變：反應I<反應Ⅱ
C．增加HCl濃度不會改變平衡時產物Ⅱ和產物I的比例
D．選擇相對較短的反應時間，及時分離可獲得高產率的產物Ⅰ
【變式訓練2】（2024·河北邯鄲·一模）對于放熱的可逆反應，某一給定轉化率下，最大反應速率對應的溫度稱為最適宜溫度。反應 在催化劑作用下原料的總轉化率與最適宜溫度(曲線Ⅰ)、原料的總平衡轉化率與溫度(曲線Ⅱ)的關系曲線示意圖最合理的是
A． B．
C． D．
1．（2024·湖北卷）在超高壓下轉化為平行六面體的分子(如圖)。下列說法錯誤的是
A．和互為同素異形體 B．中存在不同的氧氧鍵
C．轉化為是熵減反應 D．常壓低溫下能穩定存在
2．（2023·遼寧卷）下列有關物質的工業制備反應錯誤的是
A．合成氨：N2+3H22NH3 B．制HCl：H2+Cl22HCl
C．制粗硅：SiO2+2CSi+2CO D．冶煉鎂：2MgO(熔融)2Mg+O2↑
3．（2022·浙江卷）AB型強電解質在水中的溶解(可視作特殊的化學反應)表示為AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓變和熵變分別為ΔH和ΔS。對于不同組成的AB型強電解質，下列說法正確的是
A．ΔH和ΔS均大于零
B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零
D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
4．（2021·江蘇卷）NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應。工業尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，NH3的轉化率、生成N2的選擇性[100%]與溫度的關系如圖所示。
下列說法正確的是
A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉化率增大
B．其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C．催化氧化除去尾氣中的NH3應選擇反應溫度高于250 ℃
D．高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑
5．（2016·上海卷）在硫酸工業生產中，為了有利于SO2的轉化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室（見圖）。下列說法錯誤的是（ ）
A．a、b兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同
B．c、d兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同
C．熱交換器的作用是預熱待反應的氣體，冷卻反應后的氣體
D．c處氣體經熱交換后再次催化氧化的目的是提高SO2的轉化率
6．（2010·上海卷）據報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現實：2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g），下列敘述錯誤的是
A．使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產效率
B．反應需在300℃進行可推測該反應是吸熱反應
C．充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率
D．從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
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第04講 化學反應的方向、化學反應的調控
目 錄
01 考情透視·目標導航 2
02 知識導圖·思維引航 3
03 考點突破·考法探究 3
考點一 化學反應的方向 3
知識點1 自發過程與自發反應 3
知識點2 化學反應的方向與能量、熵變的關系 4
知識點3 化學反應方向判斷方法 5
考向1 考查自發過程和自發反應的概念 6
考向2 考查化學反應方向的判據 7
考點二 化學反應的調控 9
知識點1 控制反應條件的目的及措施 9
知識點2 工業合成氨的條件選擇 10
考向1 考查合成氨反應適宜條件的選擇 12
考向2 考查工業上選擇適宜生產條件的原則 13
04 真題練習·命題洞見 15
考點要求 考題統計 考情分析
化學反應的方向 2024湖北卷12題，3分 2023湖北卷3題，3分 2022湖北卷8題，3分 2022浙江卷20題，2分 分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規律： 1．從考查題型和內容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現，主要考查化學反應的熵變及反應進行的方向、化工生產中條件的選擇等。 2．從命題思路上看，側重以化工生產為背景，考查結合反應速率及焓變考查化工生產條件的選擇。 （1）選擇題：考查反應進行的方向，工業生產適宜條件的選擇。 （2）非選擇題：常常與基本理論、工業生產相聯系，通過圖像或表格提供信息，從反應時間、投料比值、催化劑的選擇、轉化率等角度考查生產條件的選擇； 3．根據高考命題特點和規律，復習時要注意以下方面：平衡原理在化工生產中的綜合應用。
化學反應的調控 2023遼寧卷3題，3分 2021江蘇卷14題，3分
復習目標： 1.結合學過的化學反應實例，了解自發過程和化學反應的自發性。 2.通過“有序”和“無序”的對比，了解熵和熵變的意義。 3.初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響，能用焓變和熵變解釋化學反應的方向，培養證據推理與模型認知能力。 4.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。 5.知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。
考點一 化學反應的方向
知識點1 自發過程與自發反應
1．自發過程
（1）概念：在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。
（2）特點：
①體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態(體系對外部做功或釋放熱量)。
②在密閉條件下，體系有從有序轉變為無序的傾向性(無序體系更加穩定)。
2．自發反應
（1）概念：在一定條件下無需外界幫助就能自發進行的反應稱為自發反應。
（2）特點：
①自發反應具有方向性，即反應的某個方向在一定條件下自發進行，而該反應的逆方向在該條件下肯定不能自發進行。
②能夠自發進行的反應在常溫下不一定能夠發生，自發性只能用于判斷反應的方向,不能確定反應是否一定會發生和發生的速率。
知識點2 化學反應的方向與能量、熵變的關系
1．熵與熵變
（1）熵的含義：熵是衡量一個體系混亂度的物理量，即表示體系的不規則或無序狀態程度的物理量。混亂度越大,體系越無序,體系的熵就越大。用符號S表示。同一條件下，不同物質有不同的熵值，同一物質在不同狀態下熵值也不同，一般規律是S(g)>S(l)>S(s)。
（2）熵變的含義：熵變是反應前后體系熵的變化，用ΔS表示，化學反應的ΔS越大，越有利于反應自發進行。
2．化學反應的方向與能量的關系
能量變化是一個與反應能否自發進行有關的因素，但不是決定反應能否自發進行的惟一因素。
（1）多數能自發進行的化學反應是放熱反應。
例如：在常溫、常壓下，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應是自發的，反應放熱：
4Fe(OH)2(s)＋2H2O（1）＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol
（2）有不少吸熱反應也能自發進行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O（1） ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol
（3）有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發進行，但在較高溫度下則能自發進行。
例如：在室溫下和較高溫度下均為吸熱過程的CaCO3的分解反應。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol
結論：研究表明，對于化學反應而言，絕大多數放熱反應都能自發進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全。可見，反應的焓變是制約化學反應能否自發進行的因素之一。
注意：①反應能量判據不是決定反應能否自發進行的惟一因素。②有些吸熱反應也能自發進行。
3．化學反應的方向與熵變的關系
化學反應中要發生物質的變化或物質狀態的變化，因此存在著熵變。反應的熵變ΔS為反應產物總熵與反應物總熵之差。對于確定的化學反應，在一定條件下具有確定的熵變。
（1）許多熵增加的反應在常溫、常壓下可以自發進行。產生氣體的反應，氣體物質的物質的量增大的反應，熵變通常都是正值，為熵增反應。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)；
（2）有些熵增的反應在常溫、常壓下不能自發進行，但在較高溫度下可以自發進行。
例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；
（3）鋁熱反應是熵減的反應，它在一定條件下也可以自發進行。
例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
結論：研究表明，除了熱效應外，決定化學反應能否自發進行的另一個因素是體系的混亂度，大多數自發反應有趨向于體系混亂度增大的傾向。
注意：①少數熵減少的反應在一定條件下也可以自發進行,如NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立體系或絕熱體系的自發過程才向著熵增的方向進行。
知識點3 化學反應方向判斷方法
1．傳統的判斷方法
（1）由不穩定物質向穩定物質轉變
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，穩定性：NaCO3＞NaHCO3。
（2）離子反應中，對于復分解反應，一般是由易電離的物質向難電離的物質轉變，或向離子濃度減小的方向轉變。
①由溶解度大的物質向溶解度小的物質轉變。
如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。
②由相對強酸(堿)向相對弱酸(堿)轉變。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性強弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
（3）由難揮發(高沸點)性物質向易揮發(低沸點)性物質轉變。
①由難揮發性酸向易揮發性酸轉變。
如NaCl＋H2SO4(濃)NaHSO4＋HCl↑，所以沸點：H2SO4(濃)＞HCl。
②由難揮發性酸酐向易揮發性酸酐轉變。
如CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以沸點：SiO2＞CO2。
③由難揮發性金屬向易揮發性金屬轉變。
如2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb，所以沸點：Mg＞Rb。
（4）由氧化性(還原性)強的物質向氧化性(還原性)弱的物質的轉變。
如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
2．用焓變和熵變判斷反應的方向
體系的自由能變化(符號為ΔG，單位為 kJ/mol)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學反應自發進行的方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。
（1）當ΔH＜0，ΔS＞0時，ΔG＜0，反應自發進行。
（2）當ΔH＞0，ΔS＜0時，ΔG＞0，反應不能自發進行。
（3）當ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0時，反應是否自發進行與溫度有關，在一定溫度下可使ΔG＝0，即反應達平衡狀態。
（4）ΔH<0、ΔS<0時,則ΔH-TΔS在較低溫度時可能小于零,所以低溫有利于反應自發進行。圖解如下:
【易錯提醒】①根據ΔH－TΔS＜0判斷的只是反應能否自發進行的可能性，具體的反應能否實際發生，還涉及到化學反應速率的問題。
②判斷一個化學反應能否自發進行，若無任何外加條件，可以認為我們所學過的化學反應(電解反應除外)都是能夠自發進行的。
考向1 考查自發過程和自發反應的概念
例1下列不屬于自發進行的變化是（ ）
A．紅墨水加到清水使整杯水變紅
B．冰在室溫下融化成水
C．水電解生成氫氣和氧氣
D．鐵器在潮濕的空氣中生銹
【解析】A．紅墨水濃度大于水，微粒向濃度低的方向擴散，是自發進行的物理過程，A不符合題意；B．冰的熔點為0℃，水常溫下是液體，冰在室溫下融化成水，是自發進行的物理過程，B不符合題意；C．水電解生成氫氣和氧氣，是強制發生的氧化還原反應，不能自發進行，C符合題意；D．鐵在潮濕的空氣中生銹是發生了電化腐蝕，是自發進行的化學過程，D不符合題意；故選C。
【答案】C
【易錯提醒】關于反應自發性需要注意：（1）化學反應方向的判據指出的僅僅是在一定條件下化學反應自發進行的趨勢，并不能說明在該條件下反應一定能實際發生，還要考慮化學反應的快慢問題。（2）自發過程的兩種傾向：①體系趨向于高能狀態轉變為低能狀態(體系對外部做功或釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序轉變為無序的傾向性(無序體系更加穩定)。
【變式訓練1】有關化學反應的說法，正確的是
A．自發反應都是放熱反應 B．自發反應都是熵增大的反應
C．自發反應一定能實現 D．非自發反應在一定條件下能實現
【答案】D
【分析】化學反應是否能自發進行，取決于焓變和熵變，根據△G=△H-T△S，如△G＜0，則反應能自發進行。
【解析】A．化學反應是否能自發進行，取決于焓變和熵變，不僅僅取決于焓變，故A錯誤；B．化學反應是否能自發進行，取決于焓變和熵變，不僅僅取決于熵變，故B錯誤；C．自發反應是一定條件下的可能性，是否一定實際發生，還要看化學反應速率，故C錯誤；D．自發進行是相對的，在一定條件下，如△G＜0，則反應能實現，即非自發反應在一定條件下也能實現，D項正確。答案選D。
【變式訓練2】下列關于自發過程的敘述中，正確的是
A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B．需要加熱才能夠進行的過程肯定不是自發過程
C．非自發過程，改變溫度也不能變為自發過程
D．能自發進行的反應不一定能迅速發生反應
【答案】D
【解析】A．反應自發進行的判斷依據是△H-T△S＜0；自發進行的反應也需要一定條件才可以發生，故A錯誤；B．有些自發進行的反應也需要反應條件，才能進行，如氫氣和氧氣需要點燃反應，故B錯誤；C．非自發過程，改變溫度使△H-T△S＜0，故C錯誤；D．有些自發進行的反應也需要反應條件，才能進行，只有達到發生的條件才能發生反應，故D正確；故選D．
考向2 考查化學反應方向的判據
例2（2024·遼寧·模擬預測）向體積均為的甲、乙兩個恒容密閉容器中分別充入和，發生反應：。分別在絕熱、恒溫條件下進行，兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是
A．正反應在較低溫度下能自發進行
B．乙在恒溫條件下進行，
C．a點的正反應速率大于c點的正反應速率
D．甲條件下平衡常數K小于20.25
【答案】D
【解析】A．由圖可知，正反應是放熱反應，ΔH<0，氣體分子數減小，ΔS<0，ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0反應自發，故該在較低溫度下能自發進行，A項正確；B．曲線甲恒容密閉容器中壓強增大，說明甲在絕熱過程進行，乙在恒溫過程進行，B項正確；C．平衡時，，a的反應物濃度大于c的反應物濃度，即a的正反應速率大于c的正反應速率，C項正確；D．在恒溫恒容條件下，氣體壓強之比等于總物質的量之比，根據三段式，
，解得，b點濃度商，a、b點總壓強相等，容器體積相等，a點溫度較高，故a點氣體的物質的量小于b點，正反應是氣體分子數減小的反應，說明a點的轉化率大于b點，即a點平衡常數K大于b點Q，D項錯誤；本題選D。
【思維建模】1．反應能否自發進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響，復合判據ΔH－TΔS<0的反應不一定能夠實際發生，只是指出了在該條件下化學反應自發進行的趨勢，還要考慮化學反應的快慢問題。
2．焓變、熵變和溫度對化學反應方向的影響
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反應情況
－ ＋ 永遠是負值 在任何溫度下過程均自發進行
＋ － 永遠是正值 在任何溫度下過程均非自發進行
＋ ＋ 低溫為正高溫為負 低溫時非自發，高溫時自發
－ － 低溫為負高溫為正 低溫時自發，高溫時非自發
【變式訓練1】（2024·黑龍江牡丹江·一模）工業以硫黃或黃鐵礦(主要成分FeS2，燒渣主要成分為Fe2O3)為主要原料生產硫酸主要流程如下：
下列說法正確的是
A．高溫焙燒1 mol FeS2時轉移的電子數為15 NA(NA代表阿伏加德羅數值)
B．SO2與H2S反應生成淡黃色沉淀，體現了SO2的還原性
C．反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)具有自發性的原因是ΔH＜0
D．98%濃硫酸粘度較高，與其范德華力較大有關
【答案】C
【分析】硫黃或黃鐵礦高溫下與空氣中的氧氣反應，生成SO2和Fe2O3；SO2在V2O5作催化劑、400~500℃下被O2進一步氧化生成SO3，SO3被98%濃硫酸吸收，生成H2SO4 SO3。
【解析】A．高溫焙燒1 mol FeS2時，Fe由+2價升高到+3價，S由-1價升高到+4價，則轉移的電子數為11 NA(NA代表阿伏加德羅數值)，A不正確；B．SO2與H2S反應生成淡黃色S沉淀，SO2中S元素由+4價降低到0價，體現了SO2的氧化性，B不正確；C．反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的ΔS＜0，要使△H-TΔS＜0，應使ΔH＜0，則反應具有自發性的原因是ΔH＜0，C正確；D．98%濃硫酸粘度較高，與分子間能形成氫鍵有關，D不正確；故選C。
【變式訓練2】（2024·江蘇南通·二模）可用于低溫下催化氧化HCHO：。下列關于催化氧化甲醛的反應說法正確的是
A．該反應， B．HCHO、、均為極性分子
C．升高溫度，增大，減小 D．使用催化劑降低了該反應的焓變
【答案】A
【解析】A．根據方程式可知，該反應，根據反應可自發進行，放熱的熵減反應低溫可自發進行，所以判斷，A正確；B．為直線形分子，屬于非極性分子，B錯誤；C．升高溫度，正逆反應速率均增大，C錯誤；D．催化劑可以改變反應活化能，不能改變反應焓變，D錯誤；答案選A。
考點二 化學反應的調控
知識點1 控制反應條件的目的及措施
1．控制反應條件的目的
（1）促進有利的化學反應：通過控制反應條件，可以加快化學反應速率，提高反應物的轉化率，從而促進有利的化學反應進行。
（2）抑制有害的化學反應：通過控制反應條件，也可以減緩化學反應速率，減少甚至消除有害物質的產生或控制副反應的發生，從而抑制有害的化學反應繼續進行。
2.控制反應條件考慮因素：在實際生產中常常需要結合設備條件、安全操作、經濟成本等情況，綜合考慮影響化學反應速率和化學平衡的因素，尋找適宜的生產條件。此外，還要根據環境保護及社會效益等方面的規定和要求做出分析，權衡利弊，才能實施生產。
3．控制反應條件的基本措施
（1）控制化學反應速率的措施
通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調控反應速率。
（2）提高轉化率的措施
通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應的限度，從而提高轉化率。
4.工業上選擇適宜生產條件的原則
外界 條件 有利于加快速率的條件控制 有利于平衡正向移動的條件控制 綜合分析結果
濃度 增大反應物的濃度 增大反應物的濃度、減小生成物的濃度 不斷地補充反應物、及時地分離出生成物
催化劑 加合適的催化劑 不需要 加合適的催化劑
溫度 高溫 ΔH＜0 低溫 兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度
ΔH＞0 高溫 在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并考慮催化劑的活性
壓強 高壓(有氣體參加) Δνg＜0 高壓 在設備條件允許的前提下，盡量采取高壓
Δνg＞0 低壓 兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強
知識點2 工業合成氨的條件選擇
1、合成氨反應的特點
（1）反應：合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。
（2）特點：
①可逆反應
②放熱反應：ΔH<0
③熵減的反應：ΔS<0
④常溫(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。
2、合成氨反應特點的分析
對合成氨反應的影響 影響因素
濃度 溫度 壓強 催化劑
增大合成氨的反應速率 增大 升高 增大 使用
提高平衡混合物中氨的含量 增大 降低 增大 無影響
3、工業合成氨的適宜條件
1）工業合成氨的適宜條件
外部條件 工業合成氨的適宜條件
壓強 根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(10～30 MPa)
溫度 適宜溫度，400～500 ℃
催化劑 使用鐵觸媒做催化劑（500℃左右時的活性最大）
濃度 N2和H2的物質的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去
2）問題討論
（1）壓強：目前我國合成氨廠一般采用的壓強在10～30 MPa，不采用更高壓強的理由是：壓強越大，對設備的要求越高、需要的動力越大。
（2）溫度：升高溫度能提高化學反應速率，但工業合成氨溫度不能太高的理由是：
①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率降低。
②400～500_℃催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱。
注意：工業生產中，必須從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。
4、合成氨的生產流程
（1）生產流程
（2）流程分析
①原料氣干燥、凈化：除去原料氣中的水蒸氣及其他氣體雜質，防止與催化劑接觸時，導致催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性
②壓縮機加壓：增大壓強
③熱交換：合成氨反應為放熱反應，反應體系溫度逐漸升高，為原料氣反應提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經濟效益。
④冷卻：生成物NH3的液化需較低溫度采取迅速冷卻的方法，可使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出來，以促使平衡向生成NH3的方向移動。
⑤循環使用原料氣：因合成氨反應為可逆反應，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環利用，并及時補充N2和H2,使反應物保持一定的濃度，以利于合成氨反應，提高經濟效益。
考向1 考查合成氨反應適宜條件的選擇
例1工業合成氨的反應為：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，該反應應采取的適宜條件是
A．低溫、高壓、催化劑 B．適宜的溫度、壓強、催化劑
C．低溫、常壓、催化劑 D．高溫、高壓、催化劑
【解析】降溫平衡右移，但反應速率太慢，從反應速率和催化劑的活性考慮，溫度選在500℃左右，增大壓強，平衡右移，但壓強太大，對設備要求很高，所以也要選擇適宜的壓強，催化劑能增大反應速率，也要選擇適宜的催化劑。答案選B。
【答案】B
【思維建模】工業生產中，必須從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。
【變式訓練1】氨是制造化肥的重要原料，如圖為工業合成氨的流程圖。下列有關說法錯誤的是
A．工業上制氮氣一般用分離液態空氣法
B．步驟②、③、④、⑤均有利于提高反應物的平衡轉化率
C．步驟①中“凈化”N2、H2混合氣體可以防止催化劑中毒
D．步驟③中溫度選擇500℃，主要是考慮催化劑的活性
【答案】B
【解析】A．由于空氣中最主要的兩種氣體是氮氣和氧氣，利用空氣中氮氣的沸點比氧氣的沸點低，先將空氣加壓降溫變成液態，然后再加熱，由于液氮的沸點（-196攝氏度）比氧氣的沸點（-183攝氏度）低，氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，留下的就是液態氧氣，工業上制氮氣一般用分離液態空氣法，故A正確；B．步驟③中催化劑不改變化學平衡，反應物的平衡轉化率不變，又合成氨的反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，反應物的平衡轉化率減小，故B錯誤；C．為防止催化劑中毒，反應前的氮氣和氫氣混合氣體需要除雜凈化，故C正確；D．步驟③中溫度選擇500℃，主要是考慮催化劑的活性，故D正確；答案選B。
【變式訓練2】（23-24高三上·天津·階段考試）某溫度下發生反應：3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol，N2的轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示，下列說法中正確的是
A．將1molN2、3molH2置于1L密閉容器中發生反應，放出的熱量為92.4kJ
B．平衡狀態由A變到B時，平衡常數KAC．上述反應在達到平衡后，增大壓強，H2的轉化率增大
D．合成氨工業中常采用400~500℃的高溫以提高原料的轉化率
【答案】C
【解析】A．因為是可逆反應，所以不可能生成2mol氨氣，因此放出的熱量小于92.4kJ，A錯誤；B．平衡常數只與溫度有關系，所以平衡狀態由A變到B時，平衡常數不變，B錯誤；C．根據圖象可知，增大壓強氮氣的轉化率增大，平衡向正反應方向移動，氫氣轉化率提高，C正確；D．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，合成氨工業中常采用400~500℃的高溫，是因為催化劑在該溫度下催化效率高，D錯誤；答案選C。
考向2 考查工業上選擇適宜生產條件的原則
例2某工業生產中發生反應：2A(g)+B(g) 2M(g)△H<0。下列有關該工業生產的說法正確的是( )
A.工業上合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成
B.若物質B價廉易得，工業上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉化率
C.工業上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高，反應物的轉化率越高
D.工業生產中常采用催化劑，因為生產中使用催化劑可提高M的日產量
【答案】D
【解析】工業上合成M可能采用常壓如H2SO4工業中SO3的生成；加入過量B只能提高A的轉化率，B的轉化率降低；溫度升高，平衡逆向移動，反應物的轉化率降低；使用催化劑可降低反應的活化能，提高反應速率。
【思維建模】化學反應適宜條件選擇的思維流程
【變式訓練1】（2024·廣東惠州·三模）一定條件下，1-苯基丙炔(Ph-C=C-CH3)可與HCl發生催化加成，反應如下：
反應過程中該炔烴及反應產物的占比隨時間的變化如圖(已知：反應I、Ⅲ為放熱反應)，下列說法不正確的是
A．反應活化能：反應I<反應Ⅱ
B．反應焓變：反應I<反應Ⅱ
C．增加HCl濃度不會改變平衡時產物Ⅱ和產物I的比例
D．選擇相對較短的反應時間，及時分離可獲得高產率的產物Ⅰ
【答案】B
【解析】A．短時間里反應I得到的產物比反應Ⅱ得到的產物多，說明反應I的速率比反應Ⅱ的速率快，速率越快，其活化能越小，則反應活化能：反應I<反應Ⅱ，A正確；B．反應I、Ⅲ為放熱反應，根據蓋斯定律，反應Ⅱ也是放熱反應，相同物質的量的反應物，反應I放出的熱量小于反應Ⅱ放出的熱量，反應放出的熱量越多，其焓變越小，因此反應焓變：反應I>反應Ⅱ，B錯誤；C．由圖可以看出產物I和產物Ⅱ存在可逆反應，則產物Ⅱ和產物I的比值即該可逆反應的平衡常數K，由于平衡常數只與溫度有關，所以增加HCl濃度平衡時產物Ⅱ和產物I的比例不變，C正確；D．根據圖中信息，選擇相對較短的反應時間，及時分離可獲得高產率的產物Ⅰ，D正確； 故選B。
【變式訓練2】（2024·河北邯鄲·一模）對于放熱的可逆反應，某一給定轉化率下，最大反應速率對應的溫度稱為最適宜溫度。反應 在催化劑作用下原料的總轉化率與最適宜溫度(曲線Ⅰ)、原料的總平衡轉化率與溫度(曲線Ⅱ)的關系曲線示意圖最合理的是
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】對于放熱的可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，該反應的最適宜溫度為催化劑的催化活性最好時所對應的溫度，在該溫度下化學反應速率最大，SO2的轉化率也最大；當溫度高于最適宜溫度后，催化劑的催化活性逐漸減小，催化劑對化學反應速率的影響超過了溫度升高對化學反應速率的影響，因此化學反應速率逐漸減小，SO2的轉化率也逐漸減小；由于該反應為放熱反應，隨著溫度的升高，SO2的平衡轉化率減小；由于反應混合物與催化劑層的接觸時間較少，在實際的反應時間內反應還沒有達到化學平衡狀態，故在相應溫度下SO2的轉化率低于其平衡轉化率。因此，反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的轉化率與最適宜溫度(曲線I)、平衡轉化率與溫度(曲線Ⅱ)的關系曲線示意圖可表示如下：，故答案為：C。
1．（2024·湖北卷）在超高壓下轉化為平行六面體的分子(如圖)。下列說法錯誤的是
A．和互為同素異形體 B．中存在不同的氧氧鍵
C．轉化為是熵減反應 D．常壓低溫下能穩定存在
【答案】D
【解析】A．O2和O8是O元素形成的不同單質，兩者互為同素異形體，A項正確；B．O8分子為平行六面體，由其結構知，O8中存在兩種氧氧鍵：上下底面中的氧氧鍵、上下底面間的氧氧鍵，B項正確；C．O2轉化為O8可表示為4O2O8，氣體分子數減少，故O2轉化為O8是熵減反應，C項正確；D．O2在超高壓下轉化成O8，則在常壓低溫下O8會轉化成O2，不能穩定存在，D項錯誤；答案選D。
2．（2023·遼寧卷）下列有關物質的工業制備反應錯誤的是
A．合成氨：N2+3H22NH3 B．制HCl：H2+Cl22HCl
C．制粗硅：SiO2+2CSi+2CO D．冶煉鎂：2MgO(熔融)2Mg+O2↑
【答案】D
【解析】A．工業合成氨是利用氮氣和氫氣在催化劑的條件下反應生成的，反應方程式為N2+3H22NH3，A正確；B．工業制氯化氫是利用氫氣和氯氣反應生成的，反應方程式為H2+Cl22HCl，B正確；C．工業制粗硅是將SiO2與C在高溫下反應生成粗硅，反應方程式為SiO2+2CSi+2CO，C正確；D．冶煉金屬鎂是電解熔融氯化鎂，反應方程式為MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑，D錯誤；故答案選D。
3．（2022·浙江卷）AB型強電解質在水中的溶解(可視作特殊的化學反應)表示為AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓變和熵變分別為ΔH和ΔS。對于不同組成的AB型強電解質，下列說法正確的是
A．ΔH和ΔS均大于零
B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零
D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
【答案】D
【解析】強電解質溶于水有的放熱，如硫酸銅等；有的吸熱，如碳酸氫鈉等，所以在水中溶解對應的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系統混亂程度。體系越混亂，則熵越大。AB型強電解質固體溶于水，存在熵的變化。固體轉化為離子，混亂度是增加的，但離子在水中存在水合過程，這樣會引發水的混亂度的變化，讓水分子會更加規則，即水的混亂度下降，所以整個溶解過程的熵變ΔS，取決于固體轉化為離子的熵增與水合過程的熵減兩個作用的相對大小關系。若是前者占主導，則整個溶解過程熵增，即ΔS＞0，反之，熵減，即ΔS＜0。綜上所述，D項符合題意。故選D。
4．（2021·江蘇卷）NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應。工業尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，NH3的轉化率、生成N2的選擇性[100%]與溫度的關系如圖所示。
下列說法正確的是
A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉化率增大
B．其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C．催化氧化除去尾氣中的NH3應選擇反應溫度高于250 ℃
D．高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑
【答案】D
【解析】A．NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應，根據勒夏特列原理，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，氨氣的平衡轉化率降低，故A錯誤；B．根據圖像，在175～300 ℃范圍，氮氣量先增后減，因為轉化率低溫區升高更快，故B錯誤；C．根據圖像，溫度高于250℃ N2的選擇率降低，且氨氣的轉化率變化并不大，浪費能源，根據圖像，溫度應略小于225℃，此時氨氣的轉化率、氮氣的選擇率較大，故C錯誤；D．氮氣對環境無污染，氮的氧化物污染環境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑，故D正確；答案為D。
5．（2016·上海卷）在硫酸工業生產中，為了有利于SO2的轉化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室（見圖）。下列說法錯誤的是（ ）
A．a、b兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同
B．c、d兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同
C．熱交換器的作用是預熱待反應的氣體，冷卻反應后的氣體
D．c處氣體經熱交換后再次催化氧化的目的是提高SO2的轉化率
【答案】B
【解析】A．根據裝置圖可知，從a進入的氣體是含有SO2、O2、N2等的冷氣，經過熱交換器后從b處出來的是熱的氣體，成分與a處相同，正確；B．在c處出來的氣體SO2、O2在催化劑表面發生反應產生的含有SO3及未反應的SO2、O2等氣體，該反應是放熱反應，當經過熱交換器后被冷的氣體降溫，SO3被部分分離出來，而且混合氣體再次被催化氧化，故二者含有的氣體的成分含量不相同，錯誤；C．熱交換器的作用是預熱待反應的冷的氣體，同時冷卻反應產生的氣體，為SO3的吸收創造條件，正確；D．C處氣體經過熱交換器后再次被催化氧化，目的就是使未反應的SO2進一步反應產生SO3，從而可以提高SO2的轉化率，正確。
6．（2010·上海卷）據報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現實：2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g），下列敘述錯誤的是
A．使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產效率
B．反應需在300℃進行可推測該反應是吸熱反應
C．充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率
D．從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
【答案】B
【解析】A項，使用Cu-Zn-Fe催化劑可加快反應速率，能大大提高生產效率，A項正確；B項，反應加熱與反應放熱還是吸熱沒有直接的關系，如煤的燃燒放熱，但需要加熱，B項錯誤；C項，充入大量CO2氣體平衡會正向移動，所以可提高H2的轉化率，C項正確；D項，從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O會使平衡正向移動，所以可提高CO2和H2的利用率，D項正確；故選B。
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