考點(diǎn)08化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控-（原卷版）

考點(diǎn)08化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控【核心考點(diǎn)梳理】一、自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)的比較自發(fā)過(guò)程自發(fā)反應(yīng)含義在一定條件下，不需借助外力就能自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程在給定的條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)特征具有方向性，即過(guò)程的某個(gè)方向在一定條件下自發(fā)進(jìn)行，而該過(guò)程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進(jìn)行舉例高山流水，自由落體，冰雪融化鋼鐵生銹應(yīng)用(1)可被用來(lái)完成有用功。如H2燃燒可設(shè)計(jì)成原電池(2)非自發(fā)過(guò)程要想發(fā)生，必須對(duì)它做功。如通電將水分解為H2和O2二、化學(xué)反應(yīng)的方向與焓變的關(guān)系1．分析下列反應(yīng)進(jìn)行的方向與ΔH之間的關(guān)系(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)，燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，常溫下能自發(fā)進(jìn)行。(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)＋Cu(s)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，常溫下能自發(fā)進(jìn)行。(3)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol－1，該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。(4)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，該反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行。2．自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。三、化學(xué)反應(yīng)的方向與熵變的關(guān)系1．熵的含義自發(fā)過(guò)程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，體系的混亂度增大。體系的混亂度常用熵來(lái)描述，熵的概念是表示體系的混亂或無(wú)序程度的物理量，其符號(hào)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(zhì)熵值不同。(2)同一物質(zhì)的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關(guān)，如對(duì)同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)。(3)物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。(1)物質(zhì)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(guò)程，熵變?yōu)檎?，是熵增加的過(guò)程。(2)氣體體積增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，是熵增加的反應(yīng)。(3)氣體體積減小的反應(yīng)，熵變通常都是負(fù)值，是熵減小的反應(yīng)。3．反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向(1)二者關(guān)系eq\x(自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng))—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—大多數(shù)是熵增加的反應(yīng),—也有些是熵減小的反應(yīng)))(2)結(jié)論：不能僅用反應(yīng)熵變來(lái)判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。4．反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)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(yīng)為熵減少的反應(yīng)，但在一定條件下，該反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。說(shuō)明“熵判據(jù)”也具有一定的局限性。四、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控1．合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。(2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(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(jìn)行。2．提高合成氨反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率綜合結(jié)果壓強(qiáng)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(wú)影響使用濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度增大反應(yīng)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(qiáng)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)(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(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去(1)壓強(qiáng)：目前，我國(guó)的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa～30MPa，不采用更高壓強(qiáng)的理由是壓強(qiáng)越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高、需要的動(dòng)力也越大。(2)溫度：升高溫度能提高化學(xué)反應(yīng)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(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)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(yīng)限度和反應(yīng)速率兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件?！竞诵臍w納】1．復(fù)合判據(jù)(1)判據(jù)(2)溫度對(duì)反應(yīng)方向的影響2．根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)具體分析外界條件對(duì)速率和平衡的影響；從速率和平衡的角度進(jìn)行綜合分析，再充分考慮實(shí)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(dòng)的條件控制綜合分析結(jié)果濃度增大反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物的濃度、減小生成物的濃度不斷地補(bǔ)充反應(yīng)物、及時(shí)地分離出生成物催化劑加合適的催化劑無(wú)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(shè)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(qiáng)高壓(有氣體參加)Δνg＜0高壓在設(shè)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(qiáng)【必備知識(shí)基礎(chǔ)練】1．（2023春·廣東·高二惠州一中校聯(lián)考階段練習(xí)）在硫酸工業(yè)中，通過(guò)如下反應(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

?H<0。下列說(shuō)法不正確的是A．為使SO2盡可能多地轉(zhuǎn)化為SO3，工業(yè)生產(chǎn)中的反應(yīng)溫度越低越好B．使用合適的催化劑可加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率C．通入過(guò)量的空氣可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率D．反應(yīng)后尾氣中的SO2必須回收2．（2023春·江蘇揚(yáng)州·高二揚(yáng)州大學(xué)附屬中學(xué)校考期中）對(duì)于反應(yīng)

。下列說(shuō)法正確的是A．反應(yīng)的B．其他條件不變，升高體系的溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大C．保持其他條件不變，增大濃度能提高的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率D．使用催化劑能改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)的焓變3．（2023秋·廣東梅州·高二廣東梅縣東山中學(xué)校聯(lián)考期末）下列說(shuō)法正確的是A．自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不需要任何條件，就可以發(fā)生反應(yīng)B．的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行C．增大反應(yīng)物濃度，可增大活化分子百分?jǐn)?shù)，從而增加有效碰撞的次數(shù)D．反應(yīng)，若正反應(yīng)的活化能為kJ?mol，逆反應(yīng)的活化能為kJ?mol，則kJ?mol4．（2023春·陜西寶雞·高二統(tǒng)考期中）下列推論正確的是A．S(g)+O2(g)=SO2(g)△H1，S(s)+O2(g)=SO2(g)△H2；則：△H1＞△H2B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)

△H=57.4kJ/mol，則：含20gNaOH的溶液與稀鹽酸完全反應(yīng)，放出的熱量為28.7kJC．C(石墨，s)=C(金剛石，s)△H=+1.9kJ/mol，則：由石墨制取金剛石的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，金剛石比石墨穩(wěn)定D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＞0，△S＞0，則：該反應(yīng)任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行5．（2023秋·云南麗江·高二統(tǒng)考期末）下列關(guān)于工業(yè)合成氨的敘述中錯(cuò)誤的是A．在動(dòng)力、設(shè)備、材料允許的條件下盡可能在高壓下進(jìn)行B．溫度越高越有利于工業(yè)合成氨C．在工業(yè)合成氨中N2、H2的循環(huán)利用可提高其利用率，降低成本D．將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應(yīng)6．（2023春·浙江·高二校聯(lián)考期中）一定溫度下，向2.0L恒容密閉容器中充入4molSO2和2molO2發(fā)生反應(yīng)：。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到平衡，反應(yīng)過(guò)程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)下表：0246801.62.83.63.6下列說(shuō)法正確的是A．4s內(nèi)反應(yīng)的平均速率B．該反應(yīng)的平衡常數(shù)C．此溫度下，若該容器中有、和，則反應(yīng)逆向進(jìn)行D．當(dāng)容器內(nèi)密度保持不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)7．（2023春·江蘇常州·高二統(tǒng)考期中）對(duì)于反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是A．該反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行B．反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為C．使用高效催化劑能降低反應(yīng)的活化能和焓變D．升溫、加壓和使用催化劑能增大的生成速率8．（2023春·廣東·高二惠州一中校聯(lián)考階段練習(xí)）在恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g)

?H>0。下列說(shuō)法不正確的是A．?S>0B．反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行C．當(dāng)混合氣體的密度不再變化時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)D．容器內(nèi)氣體濃度c(CO2)∶c(CO)=1∶2時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)【關(guān)鍵能力提升練】9．（2023春·江蘇常州·高二統(tǒng)考期中）以、為原料合成涉及的反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ：反應(yīng)Ⅱ：反應(yīng)Ⅲ：在5MPa下，按照投料，平衡時(shí)，CO和在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖。下列說(shuō)法正確的是A．反應(yīng)Ⅲ中反應(yīng)物的總鍵能大于生成物的總鍵能B．曲線代表CO在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)C．該條件下溫度越低，越有利于工業(yè)生產(chǎn)D．圖示270℃時(shí)，平衡體系中的體積分?jǐn)?shù)約為66.6%10．（2023春·河北廊坊·高二固安縣第一中學(xué)校聯(lián)考開(kāi)學(xué)考試）在2L的恒容密閉容器中充入1molX(g)和2molY(g)，發(fā)生反應(yīng)：，測(cè)得在不同溫度下、相同時(shí)間內(nèi)X(g)與Z(g)的百分含量如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A．從反應(yīng)開(kāi)始到各點(diǎn)時(shí)的平均化學(xué)反應(yīng)速率：B．a(chǎn)點(diǎn)時(shí)，Y(g)的轉(zhuǎn)化率為50%C．T3℃下，平衡常數(shù)K=4D．降低溫度，有利于提高Z(g)的平衡產(chǎn)率11．（2023春·江蘇鹽城·高二江蘇省響水中學(xué)?？计谥校┫铝姓f(shuō)法正確的是A．自發(fā)反應(yīng)是指不需要條件就能發(fā)生的反應(yīng)B．非自發(fā)過(guò)程在任何條件下都不可能變?yōu)樽园l(fā)過(guò)程C．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D．常溫下，反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的△H＞012．（2023春·安徽·高二校聯(lián)考期中）將放入一個(gè)裝滿(mǎn)的恒壓密閉容器中，在、的條件下使之充分反應(yīng)至?xí)r刻達(dá)平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中無(wú)剩余，剩余。此條件下可以發(fā)生如下反應(yīng)：①；②，已知反應(yīng)②的，是壓強(qiáng)平衡常數(shù)(用分壓代替平衡濃度，分壓總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．時(shí)刻，共消耗 B．時(shí)刻，容器中的分壓為C．時(shí)刻，容器中氣體總物質(zhì)的量為 D．起始時(shí)，容器中13．（2023春·山東濱州·高二統(tǒng)考開(kāi)學(xué)考試）工業(yè)上可用甲烷氧化制備甲醛，該反應(yīng)的副產(chǎn)物主要有CO、。在一定容積的密閉容器中加入某催化劑，按物質(zhì)的量之比1∶1投入甲烷和氧氣，分別于不同溫度下反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得甲醛、CO的選擇性及甲烷的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化情況如圖所示。(注：HCHO的選擇性=)下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．制備甲醛的反應(yīng)中，正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能B．低于650℃時(shí)，隨溫度的升高，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大的原因可能是溫度升高，反應(yīng)速率加快C．650℃時(shí)，體系中D．650℃時(shí)，甲醛的產(chǎn)率為20%14．（2023秋·河南駐馬店·高二統(tǒng)考期末）金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途。目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為T(mén)iCl4，再進(jìn)一步還原得到鈦。回答下列問(wèn)題：(1)TiO2轉(zhuǎn)化為T(mén)iCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)△H1=+172kJ?mol1，Kp1=1.0×102(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)△H2=51kJ?mol1，Kp2=1.2×1012Pa①對(duì)于直接氯化反應(yīng)：增大壓強(qiáng)，平衡______移動(dòng)(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率______(填“變大”“變小”或“不變”)。②直接氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)小于碳氯化，其原因是______。(2)在1.0×105Pa，將TiO2、C、Cl2按物質(zhì)的量比1∶2.2∶2進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計(jì)算結(jié)果如圖所示。①反應(yīng)C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常數(shù)Kp(1400℃)=______Pa(≈8.5)。②圖中顯示，在200℃平衡時(shí)TiO2幾乎完全轉(zhuǎn)化為T(mén)iCl4，但實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)溫度卻遠(yuǎn)高于此溫度，其原因是______。(3)TiO2直接氯化和碳氯化都屬于“氣—固”反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中有利于“氣—固”充分接觸的措施是______。15．（2023秋·高二課時(shí)練習(xí)）二氧化碳的捕集、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化是當(dāng)今化學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。（1）用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解，發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)的________（填“>”“<”或“=”，下同）0，_________0，在低溫下，該反應(yīng)________（填“能”或“不能”）自發(fā)進(jìn)行。（2）的轉(zhuǎn)化途徑之一是首先利用太陽(yáng)能或生物質(zhì)能分解水制，然后將與轉(zhuǎn)化為甲醇或其他化學(xué)產(chǎn)品。你認(rèn)為該方法需要解決的技術(shù)問(wèn)題有__________（填字母）。a．開(kāi)發(fā)高效光催化劑b．將通過(guò)光催化劑制取的從反應(yīng)體系中有效分離，并與發(fā)生催化轉(zhuǎn)化c．二氧化碳及水資源的供應(yīng)【學(xué)科素養(yǎng)拔高練】16．（2023春·上海寶山·高二上海市行知中學(xué)校考期中）努力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和展現(xiàn)了我國(guó)積極參與和引領(lǐng)全球氣候治理的大國(guó)擔(dān)當(dāng)，其中對(duì)于CO2的綜合利用是實(shí)現(xiàn)碳中和的保證。I.回收利用CO2解決空間站供氧問(wèn)題物質(zhì)轉(zhuǎn)化如圖所示：反應(yīng)A為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的關(guān)鍵步驟。(1)將原料氣按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)A，在相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的變化曲線如圖所示。理論上能提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施為_(kāi)_____(單選)。A．升高溫度 B．及時(shí)從體系中移走水蒸氣C．恒容條件下向容器中沖入氬氣