考點08化學反應的方向與調(diào)控-2022-2023學年高二化學核心考點歸納與分層測試（人教版2019選擇性必修1）（人教版2019選擇性必修1）（原卷版）

考點08化學反應的方向與調(diào)控【核心考點梳理】一、自發(fā)過程與自發(fā)反應的比較自發(fā)過程自發(fā)反應含義在一定條件下，不需借助外力就能自發(fā)進行的過程在給定的條件下，可以自發(fā)進行到顯著程度的化學反應特征具有方向性，即過程的某個方向在一定條件下自發(fā)進行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進行舉例高山流水，自由落體，冰雪融化鋼鐵生銹應用(1)可被用來完成有用功。如H2燃燒可設計成原電池(2)非自發(fā)過程要想發(fā)生，必須對它做功。如通電將水分解為H2和O2二、化學反應的方向與焓變的關系1．分析下列反應進行的方向與ΔH之間的關系(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)，燃燒反應是放熱反應，ΔH<0，常溫下能自發(fā)進行。(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)＋Cu(s)，該反應是放熱反應，ΔH<0，常溫下能自發(fā)進行。(3)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol－1，該反應在常溫下能自發(fā)進行。(4)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，該反應在常溫下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下能自發(fā)進行。2．自發(fā)反應與焓變的關系大多數(shù)放熱反應是可以自發(fā)進行的，但也有很多吸熱反應能自發(fā)進行，因此，反應焓變是與反應進行的方向有關的因素之一，但不是決定化學反應能否自發(fā)進行的唯一因素。三、化學反應的方向與熵變的關系1．熵的含義自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉變?yōu)闊o序，體系的混亂度增大。體系的混亂度常用熵來描述，熵的概念是表示體系的混亂或無序程度的物理量，其符號為S。熵值越大，體系的混亂度越大。2．影響熵大小的因素(1)同一條件下，不同的物質熵值不同。(2)同一物質的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關，如對同一種物質不同狀態(tài)時熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)。(3)物質的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。(1)物質由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)的過程，熵變?yōu)檎?，是熵增加的過程。(2)氣體體積增大的反應，熵變通常都是正值，是熵增加的反應。(3)氣體體積減小的反應，熵變通常都是負值，是熵減小的反應。3．反應熵變與反應方向(1)二者關系eq\x(自發(fā)進行的化學反應)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—大多數(shù)是熵增加的反應,—也有些是熵減小的反應))(2)結論：不能僅用反應熵變來判斷反應能否自發(fā)進行。4．反應熵變是與反應進行的方向有關的因素之一，但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)ΔS＝－39.35J·mol－1·K－1，上述反應為熵減少的反應，但在一定條件下，該反應也能自發(fā)進行。說明“熵判據(jù)”也具有一定的局限性。四、化學反應的調(diào)控1．合成氨反應的特點合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)可逆性：反應為可逆反應。(2)體積變化：正反應是氣體體積縮小的反應。(3)焓變：ΔH<0，熵變：ΔS<0。(4)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進行。2．提高合成氨反應速率和平衡轉化率的條件比較條件提高反應速率提高平衡轉化率綜合結果壓強高壓高壓高壓溫度高溫低溫兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性催化劑使用無影響使用濃度增大反應物濃度增大反應物濃度，降低生成物濃度增大反應物濃度，且不斷減少生成物濃度3．工業(yè)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(10MPa～30MPa)溫度適宜溫度，400～500℃催化劑使用鐵觸媒做催化劑濃度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(1)壓強：目前，我國的合成氨廠一般采用的壓強為10MPa～30MPa，不采用更高壓強的理由是壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求越高、需要的動力也越大。(2)溫度：升高溫度能提高化學反應速率，但工業(yè)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。工業(yè)生產(chǎn)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(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設備的要求和技術條件?！竞诵臍w納】1．復合判據(jù)(1)判據(jù)(2)溫度對反應方向的影響2．根據(jù)反應特點具體分析外界條件對速率和平衡的影響；從速率和平衡的角度進行綜合分析，再充分考慮實際情況，選出適宜的外界條件。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無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【必備知識基礎練】1．（2022·廣東惠州·高二期末）關于①氨氣與氯化氫氣體的反應、②碳酸氫鈉的分解反應的熵變說法正確的是A．均為熵增加反應 B．均為熵減小反應C．反應①熵增加，反應②熵減小 D．反應①熵減小，反應②熵增加2．（2021·廣東廣雅中學高二期中）下列說法中，正確的是A．Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應吸熱，因此該反應在室溫下是非自發(fā)反應B．O2轉化變?yōu)镺3時，熵增加C．合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，高溫有利于其自發(fā)進行D．某反應2AB(g)C(g)＋3D(g)在高溫時能自發(fā)進行，其逆反應在低溫時能自發(fā)進行，則該反應的正反應的ΔH＞0、ΔS＞03．（2021·廣東·廣州市真光中學高二階段練習）自然界中存在天然的大氣固氮過程為：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮則主要依靠工業(yè)合成氨，下列結論不正確的是反應大氣固氮工業(yè)固氮溫度/℃27200025350400450平衡常數(shù)/K3.84×10-310.15×1081.8470.5070.152A．工業(yè)固氮為熵減反應B．常溫下，大氣固氮很難進行，而工業(yè)固氮卻容易進行C．人類大規(guī)模模擬大氣固氮應用于工業(yè)上意義不大D．工業(yè)固氮溫度越低，氮氣與氫氣反應越完全4．（2022·廣東梅州·高二期末）化學反應的調(diào)控對于工業(yè)生產(chǎn)具有積極意義，下列關于調(diào)控措施的說法錯誤的是A．硫酸工業(yè)中，為提高的轉化率，通入的空氣越多越好B．工業(yè)合成氨，從生產(chǎn)實際條件考慮，不盲目增大反應壓強C．工業(yè)合成氨，考慮催化劑的活性選擇400~500℃的反應溫度D．煉鐵高爐的進風口設置在下端有利于燃料充分利用5．（2022·浙江臺州·高二期末）已知：，，下列關于合成氨工業(yè)的說法不正確的是A．溫度選擇400～500℃是為了提高氮氣的轉化率B．將原料氣凈化處理是為了防止其中混有的雜質使催化劑“中毒”C．不選擇過高壓強的主要原因是壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求越高D．迅速冷卻、液化氨氣是為了使化學平衡向生成氨氣的方向移動6．（2022·浙江·麗水市教育教學研究院高二期末）氨對發(fā)展農(nóng)業(yè)有著重要意義，也是重要的化工原料。合成氨的生產(chǎn)流程示意如下。下列說法不正確的是A．控制原料氣=2.7~2.9，是因為N2相對易得，適度過量利于提高H2轉化率B．合成氨一般選擇400~500℃進行，主要是讓鐵觸媒的活性最大，平衡轉化率高C．熱交換的目的是預熱原料氣，同時對合成的氨氣進行降溫利于液化分離D．中國科學家研制的新型錳系催化劑將合成氨的溫度、壓強分別降到了350℃、1MPa，顯著降低合成氨的能耗7．（2022·云南·丘北縣第一中學校高二開學考試）對于合成氨工業(yè)，只從提高原料轉化率看，從下列條件中選擇最適宜的組合是①高溫②低溫③低壓④高壓⑤催化劑⑥加氨⑦除氨A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥8．（2022·廣西·賓陽中學高二期末）下列過程在一定條件下能自發(fā)進行但不能用熵增解釋的是A．花香四溢 B．冰塊融化 C．Na2CO3·10H2O風化 D．水蒸氣冷凝【關鍵能力提升練】9．（2022·河南·高二階段練習）二氧化碳加氫可合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H。在某恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在不同條件下發(fā)生反應，實驗測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化關系如圖所示，下列說法正確的是A．該反應的反應物總能量小于生成物的總能量B．M點時，保持其他條件不變，僅充入少量稀有氣體，反應速率加快C．加入合適的催化劑，該反應的△H保持不變D．T1K時，H2的平衡轉化率：M<N10．（2022·廣東·揭陽市榕城區(qū)仙橋中學高二期中）將CO2轉化為燃料甲醇是實現(xiàn)碳中和的途徑之一、在恒溫恒容密閉容器中進行反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

?H，下列有關說法正確的是A．若升高溫度，反應逆向進行，則?H<0B．正反應為熵增過程，?S>0C．若混合氣體的密度不隨時間變化，可說明反應達到平衡D．加入催化劑，可提高CO2的平衡轉化率11．（2022·浙江·高二階段練習）工業(yè)合成尿素以NH3和CO2作為原料，其能量轉化關系如圖。已知2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l)△H=—103.7kJ·mol-1。下列有關說法正確的是A．△S1>0，△H4>0B．△H1=—10.0kJ·mol-1C．H2NCONH4比H2NCONH2能量低，更穩(wěn)定D．過程③反應速率慢，使用合適催化劑可減小△H3而加快反應12．（2022·河南·高二期中）下列說法正確的是A．可逆反應FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl達到平衡后，加入KCl固體，逆反應速率加快B．中和同pH、同體積的NaOH溶液和氨水，消耗鹽酸中HCl的物質的量相同C．由Sn(s，灰)=Sn(s，白)

△H=+2.1kJ·mol-1可知，灰錫比白錫穩(wěn)定D．反應2C(s)+O2(g)=2CO(g)

△H＜0，高溫下才能自發(fā)進行13．（2022·黑龍江·哈爾濱三中高二期末）合成氨是人類科學技術上的一項重大突破。合成氨的反應原理為：，合成氨的簡易流程圖如下：(1)步驟I：天然氣中的雜質H2S常用氨水吸收。步驟Ⅱ：制氫氣的原理如下：反應1：反應2：對于反應1，一定可以提高平衡體系中H2百分含量同時能加快反應速率的措施是___________。A．升高溫度 B．增大水蒸氣的濃度C．加入合適催化劑 D．增加壓強(2)對于反應，在一定條件下氨的平衡含量如表。溫度/℃壓強/氨的平衡含量2001081.5%550108.25%①該反應為___________(填“吸熱”或“放熱”)反應。②工業(yè)合成氨選用的條件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，原因是________。(3)在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨反應，起始投料時各物質濃度如下表：單位：投料I1.03.00投料II0.51.51.0①工業(yè)合成氨反應的平衡常數(shù)表達式為K=___________。②投料I進行反應，測得達到化學平衡狀態(tài)時H2的轉化率為40%，計算該溫度下合成氨反應的平衡常數(shù)K=___________。③按投料II進行反應，起始時反應進行的方向為___________(填“正向”或“逆向”)。(4)實際生產(chǎn)中，常用工藝條件：作催化劑，控制溫度773K，壓強，原料氣中N2和H2物質的量之比為1：2.8，在催化劑作用下的反應歷程為(*表示吸附態(tài))其中，N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應速率?；瘜W吸附→表面反應→脫附①分析說明原料氣中過量的理由___________。②步驟III-IV合成氨：，有關合成氨工藝說法正確的是___________。A．當溫度、壓強一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉化率B．步驟III：分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉化可得H2，然后將所得原料氣直接混合，經(jīng)加壓、熱交換后制得合成氨C．步驟IV：熱交換過程中控制反應的溫度為(773K)，遠高于室溫，是為了保證盡可提高平衡轉化率和加快反應速率D．步驟V基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應正向進行14.（2022·吉林·長春市第二中學高二期末）工業(yè)廢氣二氧化碳催化加氫也可合成甲醇：，在密閉容器中投入和，在不同條件下發(fā)生反應，實驗測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示。(1)該反應的_______0(填“>”“<”或“=”，下同)。(2)M、N兩點的化學反應速率：_______，判斷理由是_______。(3)為提高的轉化率，除可以改變溫度和壓強外，還可以采取的措施有_______、_______。(4)若時，在密閉容器中反應，達平衡時恰好處于圖中M點，則N點對應的平衡常數(shù)_______(保留兩位小數(shù))?！緦W科素養(yǎng)拔高練】15．（2021·湖南·高二階段練習）德國人哈伯在1905年發(fā)明了合成氨的方法，其合成原理為：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ·mol-1，他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎。合成氨技術的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，解決了億萬人口生存問題。請回答下列問題：(1)某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成氨的反應。在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molN2和3molH2，加入合適催化劑(體積可以忽略不計)后在一定溫度壓強下開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下表：反應時間/min051015202530壓強/MPa16.8014.7813.8613.2712.8512.6012.60則從反應開始到25min時，以H2表示的平均反應速率=_______。(2)合成氨反應N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)，初始時氮氣、氫氣的體