適用于新高考新教材浙江專版2025屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第7章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第29講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控課件新人教版

第29講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控選考目標(biāo)要求1.了解熵、熵變的含義,會用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向,知道化學(xué)變化需要一定的條件,并遵循一定規(guī)律。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,運用可以調(diào)控原理解決實際問題。命題分析在2021年和2022年的選考題里均出現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控的選擇題,該考點在今后的考查中也可能出現(xiàn)在填空題里。知識點一化學(xué)反應(yīng)的方向落實主干基礎(chǔ)1.自發(fā)反應(yīng)在一定溫度和壓強(qiáng)下,無需外界幫助就能自動進(jìn)行的反應(yīng)。2.化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)(1)焓判據(jù)放熱過程中體系能量降低,ΔH<0,具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,但有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行,故只用焓變判斷反應(yīng)方向不全面。(2)熵判據(jù)①熵:描述體系混亂程度的物理量,符號為S,熵值越大,體系混亂度越大。②熵判據(jù):體系的混亂度增大,ΔS>0,反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向。但有些熵減的過程也能自發(fā)進(jìn)行,故只用熵變判斷反應(yīng)方向也不全面。名師點撥常見的熵增過程(1)氣體的擴(kuò)散;(2)同一物質(zhì)不同狀態(tài):S(g)>S(l)>S(s);(3)反應(yīng)前無氣體,反應(yīng)后有氣體產(chǎn)生的過程;(4)反應(yīng)前后都有氣體,但氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)。(3)焓變、熵變與反應(yīng)方向在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下,化學(xué)反應(yīng)方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果,反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)為ΔH-TΔS。[練一練]1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(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)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。(

)(3)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,因此該反應(yīng)是熵增反應(yīng)。(

)××√2.已知:(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)

ΔH=+74.9kJ·mol-1。下列說法中正確的是(

)A.該反應(yīng)中熵變、焓變都大于0B.該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),因此一定不能自發(fā)進(jìn)行C.碳酸鹽分解反應(yīng)中熵增加,因此任何條件下所有碳酸鹽分解一定能自發(fā)進(jìn)行D.能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng),不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)A解析

該反應(yīng)的ΔH=+74.9

kJ·mol-1>0,因為反應(yīng)前為固體,反應(yīng)后有氣體生成,所以混亂度增加,熵變大于0,A正確;吸熱反應(yīng)不一定不能自發(fā)進(jìn)行,B錯誤;熵增加的反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行,C錯誤;NH4Cl與Ba(OH)2的反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),D錯誤。突破命題視角角度一

自發(fā)反應(yīng)的判斷1.(2023·浙江新昌中學(xué)檢測)已知凡氣體分子總數(shù)增多的反應(yīng)一定是熵增大的反應(yīng)。一定條件下,下列反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的是(

)A.2O3(g)===3O2(g)

ΔH<0B.2CO(g)===2C(s)+O2(g)

ΔH>0C.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH<0D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0B解析

利用ΔG=ΔH-TΔS進(jìn)行分析,凡ΔG<0的反應(yīng),能自發(fā)進(jìn)行。A項,反應(yīng)2O3(g)===3O2(g),ΔH<0,ΔS>0,該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行,A不合題意;B項,反應(yīng)2CO(g)===2C(s)+O2(g),ΔH>0,ΔS<0,該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行,B符合題意;C項,反應(yīng)N2(g)+3H2(g)

2NH3(g),ΔH<0,ΔS<0,該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行,C不合題意;D項,反應(yīng)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g),ΔH>0,ΔS>0,該反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行,D不合題意。2.(2023·浙江金華一中檢測)下列說法不正確的是(

)A.ΔH<0、ΔS>0的反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B.NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)

ΔH=+185.57kJ·mol-1能自發(fā)進(jìn)行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向C.因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),因此焓變或熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)D.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)的速率C解析

反應(yīng)的ΔH<0、ΔS>0,則始終存在ΔG=ΔH-TΔS<0,在任何溫度下該反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行,A正確;反應(yīng)NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0,則高溫下存在ΔH-TΔS<0,若該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,說明體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向,B正確;ΔH、ΔS都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),但要根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS判斷反應(yīng)的自發(fā)性,不能將ΔH或ΔS單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù),C錯誤;在其他外界條件不變的情況下,使用催化劑可以改變反應(yīng)的活化能,從而改變反應(yīng)速率,D正確。角度二

化學(xué)反應(yīng)方向的綜合分析3.(2023·浙江紹興一中月考)反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

ΔH<0可實現(xiàn)CO2的資源化,下列說法正確的是(

)A.上述反應(yīng)在任何溫度下均可自發(fā)進(jìn)行B.上述反應(yīng)每消耗1molCO2同時形成7molσ鍵C.上述反應(yīng)平衡常數(shù)K=D.催化劑可以降低上述反應(yīng)的焓變,提高化學(xué)反應(yīng)速率B4.(2023·浙江安吉高級中學(xué)月考)化學(xué)熱泵技術(shù)作為一種高效環(huán)保的節(jié)能新技術(shù)一直以來廣受關(guān)注,氨基甲酸銨可應(yīng)用于化學(xué)熱泵循環(huán)。將一定量純凈的氨基甲酸銨(NH2COONH4)粉末置于特制的密閉真空容器中(假設(shè)容器容積不變,固體試樣體積忽略不計),在恒定溫度下使其達(dá)到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。實驗測得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表:溫度/℃15.020.025.030.035.0平衡總壓強(qiáng)/kPa5.78.312.017.124.0

2.43.44.86.89.4下列說法正確的是(

)A.該反應(yīng)的ΔH<0,該反應(yīng)在較低溫度下能自發(fā)進(jìn)行B.25℃時平衡常數(shù)的值K≈1.6×10-8C.當(dāng)密閉容器中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)不變時說明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D.再加入少量NH2COONH4平衡正向移動B解析

在容積不變的密閉容器中,平衡氣體總濃度隨溫度的升高而增大,該反應(yīng)的反應(yīng)物是固體,生成物是氣體,所以升高溫度,平衡正向移動,故該反應(yīng)的ΔH>0,ΔS>0,能自發(fā)進(jìn)行需ΔG=ΔH-T·ΔS<0,故該反應(yīng)在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行,A錯誤;根據(jù)表中數(shù)據(jù)25

℃時平衡氣體總濃度為4.8×10-3

mol·L-1,又根據(jù)反應(yīng)可知,平衡氣體中NH3和CO2的物質(zhì)的量濃度之比恒為2∶1,故平衡時:c(NH3)=3.2×10-3

mol·L-1,c(CO2)=1.6×10-3

mol·L-1,故平衡常數(shù)的值K=c2(NH3)·c(CO2)=(3.2×10-3)2×1.6×10-3≈1.6×10-8,B正確;容器中CO2的體積分?jǐn)?shù)一直不變,不能作為該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù),C錯誤;由于NH2COONH4為固體,再加入少量NH2COONH4平衡不移動,D錯誤。知識點二化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控落實主干基礎(chǔ)1.影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的因素(1)參加反應(yīng)的物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等自身因素。(2)溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等反應(yīng)條件。2.化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控(1)含義:通過改變反應(yīng)條件使一個可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進(jìn)行。(2)考慮實際因素①結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟(jì)成本等情況,綜合考慮影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素,尋找適宜的生產(chǎn)條件。②根據(jù)環(huán)境保護(hù)及社會效益等方面的規(guī)定和要求作出分析,權(quán)衡利弊,才能實施生產(chǎn)。[練一練]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)的一項重大突破,其熱化學(xué)方程式如下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·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氣或氫氣的轉(zhuǎn)化率?提示

升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物的濃度、使用催化劑等,都可以使合成氨的反應(yīng)速率增大;降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度等有利于提高氮氣或氫氣的轉(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?提示

使用鐵觸媒作催化劑改變了反應(yīng)歷程,降低了反應(yīng)的活化能,提高了活化分子的百分?jǐn)?shù),反應(yīng)速率加快。提示

不能。因為催化劑對化學(xué)平衡無影響。

提示

能。因為實際合成氨過程為非平衡狀態(tài)下進(jìn)行,反應(yīng)速率大,單位時間里生產(chǎn)的氨氣的量多。

(3)合成氨時一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa的原因是什么?提示

合成氨時增大壓強(qiáng)盡管可以同時提高反應(yīng)速率和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。但是,壓強(qiáng)越大,對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的要求也越高,增加生產(chǎn)投資將降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。故一般采用的壓強(qiáng)為10

MPa~30

MPa。

突破命題視角角度一

合成氨條件的選擇1.合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)。合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如下:下列關(guān)于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是(

)A.混合氣進(jìn)行循環(huán)利用遵循綠色化學(xué)思想B.合成氨反應(yīng)需要在低溫下進(jìn)行C.對原料氣進(jìn)行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率D.使用催化劑可以提高反應(yīng)的速率,但是不能使平衡向正反應(yīng)方向移動B解析

降低溫度,反應(yīng)速率減慢,為保證速率較快,催化劑的活性高,產(chǎn)物的產(chǎn)率又不低,應(yīng)選擇適宜的溫度,B錯誤。2.對于可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH<0,下列說法中正確的是(

)A.達(dá)到平衡后充入N2,當(dāng)重新達(dá)到平衡時,NH3的濃度比原平衡的大,N2的濃度比原平衡的小B.達(dá)到平衡后,升高溫度,既增大了正、逆反應(yīng)速率,又提高了NH3的產(chǎn)率C.達(dá)到平衡后,縮小容器容積,既有利于增大正、逆反應(yīng)速率,又有利于提高氫氣的轉(zhuǎn)化率D.加入催化劑可以縮短達(dá)到平衡的時間,是因為正反應(yīng)速率增大,而逆反應(yīng)速率減小C解析

達(dá)到平衡后,充入N2,平衡向正反應(yīng)方向移動,達(dá)到新平衡后,NH3的濃度會增大,而N2的濃度不比原平衡小,A錯誤;達(dá)到平衡后,升高溫度,正、逆反應(yīng)速率都增大,但平衡向逆反應(yīng)方向移動,不利于NH3的生成,B錯誤;達(dá)到平衡后,縮小容器容積即增大壓強(qiáng),正、逆反應(yīng)速率都增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率,C正確;一般來說,加入催化劑,能同等程度地增大正、逆反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間,D錯誤。角度二

其他工業(yè)生產(chǎn)條件的分析3.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(

)甲

乙丙A.由圖甲可知,x小于0.1B.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

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)物答案

B解析

增大壓強(qiáng),平衡逆向移動,則丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小,結(jié)合圖像可知,x小于0.1,A項正確;加入氫氣,平衡逆向移動,丁烯產(chǎn)率上升的可能原因是通入的H2對催化劑有活化作用,減小的原因是氫氣是產(chǎn)物之一,而隨著

增大,逆反應(yīng)速率增大,B項錯誤。4.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):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

。

減小壓強(qiáng)

升高溫度

a

制備的目標(biāo)產(chǎn)品是C2H4,b、c均為副反應(yīng),應(yīng)加快反應(yīng)a的反應(yīng)速率

(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