2024屆高考一輪復(fù)習(xí)化學(xué)學(xué)案（人教版）第八章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第49講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控

第49講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控[復(fù)習(xí)目標(biāo)]1.了解熵、熵變的含義，會(huì)用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2.了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。考點(diǎn)一化學(xué)反應(yīng)的方向1．自發(fā)反應(yīng)在一定條件下，無需外界幫助就能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。2．熵和熵變的含義(1)熵的含義度量體系混亂程度的物理量，符號(hào)為S。熵值越大，體系混亂度越大。同一條件下，不同物質(zhì)有不同的熵值；同一種物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值也不同，一般規(guī)律是S(g)____S(l)____S(s)。(2)熵變的含義ΔS＝S(生成物)－S(反應(yīng)物)?；瘜W(xué)反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)____________。3．判斷化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0時(shí)，反應(yīng)____自發(fā)進(jìn)行；ΔG＝0時(shí)，反應(yīng)處于______狀態(tài)；ΔG>0時(shí)，反應(yīng)______自發(fā)進(jìn)行。1．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向()2．因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨(dú)作為判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)()3．過程自發(fā)性不僅能用于判斷過程的方向，還能確定過程發(fā)生的速率()1．下列說法正確的是()A．非自發(fā)反應(yīng)一定不能實(shí)現(xiàn)B．同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最小，固態(tài)時(shí)熵值最大C．反應(yīng)NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH<0D．恒溫恒壓下，ΔH<0且ΔS>0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行2．(1)汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知該反應(yīng)的ΔH＞0，簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層?？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式為2NO＋2CO2CO2＋N2。反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)。理由是________________________________________________________________________________________。(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝＋218kJ·mol－1，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是________?？键c(diǎn)二化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控——工業(yè)合成氨1．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過快，又不能太慢從化學(xué)平衡移動(dòng)分析既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意對(duì)二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實(shí)際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性受溫度的限制2．控制反應(yīng)條件的基本措施(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施通過改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施通過改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。3．工業(yè)合成氨反應(yīng)的適宜條件(1)理論分析增大合成氨的反應(yīng)速率和提高平衡混合物中氨的含量對(duì)反應(yīng)條件的要求不盡相同：對(duì)合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率使用提高平衡混合物中氨的含量(2)實(shí)際工業(yè)合成氨反應(yīng)的適宜條件①壓強(qiáng)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低壓1×107Pa,中壓2×107～3×107Pa,高壓×107～1×108Pa))②溫度：700K左右。③催化劑：以鐵為主體的多成分催化劑。④濃度：N2與H2的投料比(物質(zhì)的量之比)為1∶。一、工業(yè)合成氨條件的分析1．下圖是工業(yè)合成氨的工藝，根據(jù)流程解答下列問題：(1)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，其熱化學(xué)方程式如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－kJ·mol－1，結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反應(yīng)速率？哪些措施可以提高氮?dú)饣驓錃獾霓D(zhuǎn)化率？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)工業(yè)合成氨中，使用鐵觸媒作催化劑。①鐵觸媒加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________②鐵觸媒能提高氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率嗎？簡(jiǎn)述理由。________________________________________________________________________________________________________________________________________________③鐵觸媒能提高反應(yīng)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)嗎？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)合成氨時(shí)選擇500℃而不采用常溫主要考慮什么因素？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)合成氨時(shí)一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa的原因是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)合成氨工業(yè)中，為提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，還采取哪些措施？________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、其他工業(yè)生產(chǎn)條件的分析2．工業(yè)上用丁烷催化脫氫制備丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(正反應(yīng)吸熱)，將丁烷和氫氣以一定的配比通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑)，反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與溫度、投料比有關(guān)。下列判斷不正確的是()A．由圖甲可知，x小于B．由圖乙可知，丁烯產(chǎn)率先增大后減小，減小的原因是氫氣是產(chǎn)物之一，隨著eq\f(n氫氣,n丁烷)增大，逆反應(yīng)速率減小C．由圖丙可知，丁烯產(chǎn)率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是溫度升高平衡正向移動(dòng)D．由圖丙可知，丁烯產(chǎn)率在590℃之后快速降低的主要原因是丁烯高溫分解生成副產(chǎn)物3．乙烯是石油化工最基本的原料之一。(1)乙烷在一定條件下可脫氫制得乙烯：C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＞0。提高乙烷平衡轉(zhuǎn)化率的措施有________________、________________。(2)在乙烷中引入O2可以降低反應(yīng)溫度，減少積碳。涉及如下反應(yīng)：a．2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＜0b．2C2H6(g)＋5O2(g)4CO(g)＋6H2O(g)ΔH3＜0c．C2H4(g)＋2O2(g)2CO(g)＋2H2O(g)ΔH4＜0氧氣的引入可能導(dǎo)致過度氧化。為減少過度氧化，需要尋找催化劑降低反應(yīng)________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據(jù)是______________________________________。(3)常壓下，在某催化劑作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制備乙烯，體系中C2H4和CO在含碳產(chǎn)物中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)及C2H6轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。①乙烯的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是______________________。②在570～600℃溫度范圍內(nèi)，下列說法正確的是________(填字母)。A．C2H4產(chǎn)率隨溫度升高而增大B．H2O的含量隨溫度升高而增大C．C2H6在體系中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大D．此催化劑的優(yōu)點(diǎn)是在較低溫度下降低CO的平衡產(chǎn)率1．(2021·江蘇，8)N2是合成氨工業(yè)的重要原料，NH3不僅可制造化肥，還能通過催化氧化生產(chǎn)HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金屬，也能與許多有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)；在高溫或放電條件下，N2與O2反應(yīng)生成NO，NO進(jìn)一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)ΔH＝－kJ·mol－1。大氣中過量的NOx和水體中過量的NHeq\o\al(＋,4)、NOeq\o\al(－,3)均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機(jī)動(dòng)車尾氣中的NO轉(zhuǎn)化為N2，也可將水體中的NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為N2。對(duì)于反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)，下列說法正確的是()A．該反應(yīng)的ΔH<0，ΔS<0B．反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為K＝eq\f(c2NO·cO2,c2NO2)C．使用高效催化劑能降低反應(yīng)的焓變D．其他條件相同，增大eq\f(nO2,nNO)，NO的轉(zhuǎn)化率下降2．[2022·遼寧，18(1)(2)(4)(5)]工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－kJ·mol－1ΔS＝－200J·K－1·mol－1?；卮鹣铝袉栴}：(1)合成氨反應(yīng)在常溫下__________(填“能”或“不能”)自發(fā)。(2)__________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應(yīng)速率，__________溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500℃。針對(duì)反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國(guó)科學(xué)家提出了兩種解決方案。(4)方案二：M-LiH復(fù)合催化劑。下列說法正確的是__________(填字母)。a．300℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高b．同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率c．溫度越高，復(fù)合催化劑活