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第51讲　化学反应的方向与调控
[复习目标]　1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
考点一　化学反应的方向
1.自发反应
在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2.熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量，符号为　　　。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)　　S(l)　　S(s)。
(2)熵变的含义
ΔS=S(生成物)-S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应　　　　　　。
3.判断化学反应方向的判据
ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<0时，反应　　　　自发进行；
ΔG=0时，反应处于　　　　状态；
ΔG>0时，反应　　　　自发进行。
1.非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(　　)
2.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　)
3.ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(　　)
4.一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(　　)
5.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0(　　)
综合判断化学反应的自发性
1.在常温常压下，下列属于自发过程的是(　　)
A.2C(s)+O2(g)2CO(g)
B.NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)
C.CH3COOH(l)CH3COOH(s)
D.2Cr3+(aq)+3Cl2(aq)+7H2O(l)Cr2(aq)+6Cl-(aq)+14H+(aq)
2.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是(　　)
A.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]B.反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关
C.H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同
D.常温下，反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0
3.(2024·西安一模)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
(1)该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)根据以上信息判断CO2与 H2制取甲醇的反应在　　　　(填字母)条件下可自发进行。
A.高温 B.低温
C.任何温度
考点二　化学反应的调控——工业合成氨
1.合成氨反应的特点
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1，ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。
2.合成氨工业的条件选择[已知合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)]
反应条件 原理分析 实际工业生产条件
提高反应速率 提高平衡转化率
压强 10 MPa~ 30 MPa
温度 400~500 ℃
催化剂 　　　 做催化剂
浓度 增大氮气、氢气的浓度，减小　　　　的浓度 　　　　反应物的浓度，降低生成物的浓度 N2、H2投料比为　　　。氨及时从混合气中分离出去，剩余气体　　　　
一、工业合成氨适宜条件选择
1.(2024·山西晋城一模)下列关于合成氨工艺的理解错误的是(　　)
A.控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
B.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
C.NH3易液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
D.原料气中N2由分离空气得到，H2由天然气与水蒸气反应生成，原料气需要经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生
2.(2024·山东聊城模拟)我国科学家研发出一种新型双温催化剂Fe TiO2-xHy，该催化剂催化N2和H2合成NH3(反应体系温度为495 ℃)的原理如图所示，下列分析错误的是(　　)
A.“热Fe”上的变化属于焓增、熵增的变化
B.“热Fe”有利于N2快速转化为N
C.“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
D.该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾
3.合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化如图。(图中*表示物质吸附在催化剂表面时的状态)
(1)由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH=　　　　　 kJ·mol-1，对总反应速率影响较大的是步骤　　　(填序号)。
(2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是　　　　　(填字母)。
A.升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加
B.增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加
C.使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加
D.增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加
二、综合分析其他工业生产的适宜条件
4.已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的实验数据如下表：
温度 不同压强下SO2的转化率/%
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)应选择的温度是　　　　，理由是　　　　 　　　　。
(2)应采用的压强是　　　　，理由是　　　　 　　　　。
(3)生产中通入过量空气的目的是　　　 　　　　。
5.苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
+H2(g)　ΔH=+123.5 kJ·mol-1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下。
(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是　　　　。
(2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：　　　 　　　　。
(3)控制反应温度为600 ℃的理由是　　　 　　　　。
1.(2022·浙江1月选考，20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是(　　)
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
2.[2022·湖南，17(1)]已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　　　　。
A.C(s)+O2(g)CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+CO2(g)
3.[2022·辽宁，17(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1　ΔS=-200 J·K-1·mol-1。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下　　　　　(填“能”或“不能”)自发。
(2)　　　　　温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，　　　　　温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(4)方案二：M LiH复合催化剂。
下列说法正确的是　　　　　(填字母)。
a.300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b.同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高，复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为：v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ=　　　　　；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为　　　　。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
答案精析
考点一
整合必备知识
2.(1)S　>　>　(2)自发进行
3.能　平衡　不能
易错辨析
1.√　2.×　3.×　4.√　5.√
提升关键能力
1.A
2.C　[物质聚集状态不同熵值不同，S(气体)>S(液体)>S(固体)，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]0，ΔS>0，ΔH-TΔS<0才能自发进行，因此该反应能否自发进行与温度有关，故B正确；反应自发只能说明ΔH-TΔS<0，不能说明两反应的ΔH和ΔS的变化相同，故C错误；该反应的ΔS<0，若能自发进行，ΔH-TΔS<0，则ΔH必须小于0，故D正确。]
3.(1)-49　(2)B
考点二
整合必备知识
1.可逆　减小　<　<　<　能
2.高压　高压　高温　低温　使用　无影响　铁触媒　氨气
增大　1∶2.8　循环使用
提升关键能力
1.A　2.C
3.(1)-92.2　③　(2)AC
4.(1)450 ℃　该反应是放热反应，升高温度，SO2转化率降低，在450 ℃时，反应物的转化率较高　(2)1×105 Pa　常压下SO2的转化率已经很高，采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但会增加生产成本　(3)增大O2浓度，提高SO2的转化率
5.(1)B　(2)正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，使平衡向正反应方向移动　(3)600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高；温度过低，反应速率慢，乙苯的转化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大
练真题　明考向
1.D
2.C　[由图可知，600 ℃时C(s)+O2(g)CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意；600 ℃时2C(s)+O2(g)2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意；600 ℃时TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+CO2(g)可由A项反应+C项反应得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。]
3.(1)能　(2)高　低　(4)a　(5)-1　a(共84张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第十章　第51讲
化学反应的方向与调控
复习目标
1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
考点一　化学反应的方向
考点二　化学反应的调控——工业合成氨
课时精练
练真题　明考向
内容索引
考点一
化学反应的方向
1.自发反应
在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2.熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量，符号为　　。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g) S(l) S(s)。
整合必备知识
>
>
S
(2)熵变的含义
ΔS=S(生成物)-S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应　　　　　。
3.判断化学反应方向的判据
ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<0时，反应　　自发进行；
ΔG=0时，反应处于　　　状态；
ΔG>0时，反应　　　自发进行。
自发进行
能
平衡
不能
1.非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(　　)
2.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　)
3.ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(　　)
4.一定温度下，反应MgCl2(l)　　Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(　　)
5.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0(　　)
√
×
×
√
√
综合判断化学反应的自发性
1.在常温常压下，下列属于自发过程的是
A.2C(s)+O2(g)===2CO(g)
B.NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)
C.CH3COOH(l)===CH3COOH(s)
D.2Cr3+(aq)+3Cl2(aq)+7H2O(l)===Cr2(aq)+6Cl-(aq)+14H+(aq)
提升关键能力
√
2C(s)+O2(g)===2CO(g)是熵增的放热反应，ΔH-TΔS<0，属于自发过程，故A选；
NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)是熵增的吸热反应，温度较高时，ΔH-TΔS<0，可以进行，故B不选；
CH3COOH(l)===CH3COOH(s)是熵减的吸热现象，在常温常压下，不能自发进行，故C不选；
氧化性：Cr2>Cl2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性规律可知，2Cr3+(aq)+3Cl2(aq)+7H2O(l)===Cr2(aq)+6Cl-(aq)+14H+(aq)不能发生，故D不选。
2.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是
A.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]B.反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关
C.H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化
　相同
D.常温下，反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，
　则该反应的ΔH<0
√
物质聚集状态不同熵值不同，S(气体)>S(液体)>S(固体)，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，ΔH-TΔS<0才能自发进行，因此该反应能否自发进行与温度有关，故B正确；
反应自发只能说明ΔH-TΔS<0，不能说明两反应的ΔH和ΔS的变化相同，故C错误；
该反应的ΔS<0，若能自发进行，ΔH-TΔS<0，则ΔH必须小于0，故D正确。
3.(2024·西安一模)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)
　　CH3OH(g)+H2O(g)。
(1)该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2(g)+H2(g)　　CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)　　CH3OH(g)　ΔH=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH=　　　 kJ·mol-1。
-49
由盖斯定律可知，①+②得总反应CO2(g)+3H2(g)　　CH3OH(g)+H2O(g)，故ΔH=(+41 kJ·mol-1)+(-90 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。
(2)根据以上信息判断CO2与 H2制取甲醇的反应在　　(填字母)条件下可自发进行。
A.高温
B.低温
C.任何温度
B
反应为放热的熵减反应，根据ΔH-TΔS<0反应可以自发，则在低温下可以自发。
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考点二
化学反应的调控——工业合成氨
1.合成氨反应的特点
N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1，ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。
整合必备知识
可逆
减小
<
<
<
能
2.合成氨工业的条件选择[已知合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1 (NH3)]
反应 条件 原理分析 实际工业生产条件
提高反应速率 提高平衡转化率
压强 _____ _____ 10 MPa~30 MPa
温度 _____ _____ 400~500 ℃
催化剂 _____ ________ ________做催化剂
浓度 增大氮气、氢气的浓度，减小______的浓度 ______反应物的浓度，降低生成物的浓度 N2、H2投料比为 。氨及时从混合气中分离出去，剩余气体_________
高压
高压
高温
低温
使用
无影响
铁触媒
氨气
增大
1∶2.8
循环使用
一、工业合成氨适宜条件选择
1.(2024·山西晋城一模)下列关于合成氨工艺的理解错误的是
A.控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应
　速率
B.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
C.NH3易液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
D.原料气中N2由分离空气得到，H2由天然气与水蒸气反应生成，原料气
　需要经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生
提升关键能力
√
2.(2024·山东聊城模拟)我国科学家研发出一种新型双温催化剂Fe-TiO2-xHy，该催化剂催化N2和H2合成NH3(反应体系温度为495 ℃)的原理如图所示，下列分析错误的是
A.“热Fe”上的变化属于焓增、熵增的
　变化
B.“热Fe”有利于N2快速转化为N
C.“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
D.该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率
　的矛盾
√
分析可知，“热Fe”上的变化为N2===
N，氮气分子发生共价键断裂的变化为焓增、熵增的变化，故A正确；
“热Fe” 高于体系温度，有利于氮气中共价键的断裂，加快反应速率，故B正确；
“冷Ti” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率，但降低温度不利于提高合成氨反应速率，故C错误。
3.合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化如图。(图中*表示物质吸附在催化剂表面时的状态)
(1)由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)　2NH3(g)的ΔH=　　　 kJ·mol-1，对总反应速率影响较大的是步骤　　 (填序号)。
-92.2
③
(2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是
　　　 (填字母)。
A.升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加
B.增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加
C.使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加
D.增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加
AC
二、综合分析其他工业生产的适宜条件
4.已知2SO2(g)+O2(g)　　2SO3(g)　ΔH<0的实验数据如下表：
温度 不同压强下SO2的转化率/%
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)应选择的温度是　　　　，理由是______________________________
　　　　 　　　 　。
450 ℃
该反应是放热反应，升高温度，SO2转化率降低，在450 ℃时，反应物的转化率较高
温度 不同压强下SO2的转化率/%
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(2)应采用的压强是　　　 　，理由是____________________________
　　　　 　　　 　。
(3)生产中通入过量空气的目的是　 　　 　　　　。
1×105 Pa
常压下SO2的转化率已经很高，采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但会增加生产成本
增大O2浓度，提高SO2的转化率
5.苯乙烯(　　　　　　　)是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
　　　　　　　　　 　　　　　　　　 +H2(g)　ΔH=+123.5 kJ·mol-1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压
为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如右。
(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是　　。
B
由图可知，A、B两点对应的温度和压强都相同，A点是乙苯和氮气的混合气体，B点是纯乙苯，则B点乙苯浓度大于A点，浓度越大反应速率越大，则正反应速率B点大于A点。
(2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_________________________
_____________________________________
　　 。
正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，使平衡向正反应方向移动
(3)控制反应温度为600 ℃的理由是_________________________________
_______________________________________________________________
　 　　 　　　　。
600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高；温度过低，反应速率慢，乙苯的转化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大
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LIANZHENTI　MINGKAOXIANG
练真题　明考向
1.(2022·浙江1月选考，20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)===An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是
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
√
强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度，体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS>0，反之，熵减，即ΔS<0。
2.[2022·湖南，17(1)]已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　　。
A.C(s)+O2(g)===CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)===2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)
C
由图可知，600 ℃时C(s)+O2(g)===CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意；
600 ℃时2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意；
600 ℃时TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)的
ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；
根据盖斯定律，TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)可由A项反应+C项反应得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。
3.[2022·辽宁，17(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)+3H2(g)
　　2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1　ΔS=-200 J·K-1·mol-1。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下　　　(填“能”或“不能”)自发。
能
对于合成氨反应，常温下，ΔG=ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-0.2 kJ·
K-1·mol-1)=-32.8 kJ·mol-1<0，故合成氨反应在常温下能自发。
(2)　　温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，____温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
高
低
其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。
(4)方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是　　(填字母)。
a.300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b.同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高，复合催化剂活性一定越高
a
由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；
同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；
温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。
(5)某合成氨速率方程为：v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ=　　；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为　　。
a.有利于平衡正向移动　b.防止催化剂中毒　c.提高正反应速率
-1
a
将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q=k·mα·nβ·pγ，
③10q=k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ=-1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确、c错误；
反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。
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KESHIJINGLIAN
课时精练
对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D D C C A C A A
题号 9 10 11 12 　13
答案 D C C D 　C
答案
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(1)任何温度下都能自发进行，是因为ΔH<0、ΔS>0
(2)①+90.8　②CD
15.
(2)0.975　该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 Mpa
=p2，所以p1=5.0 MPa　反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强　(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当ttm，k增大对v的提高小于α引起的降低
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(1)+1 016.0　高温
(2)①0.019p　②　增大
(3)①催化剂失去活性　②3∶1
1.25 ℃、1.01×105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·
mol-1，该反应能自发进行的原因是
A.该反应是吸热反应
B.该反应是放热反应
C.该反应是熵减小的反应
D.该反应的熵增大效应大于能量效应
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2.下列反应在任何温度下均能自发进行的是
A.2N2(g)+O2(g)===2N2O(g)　ΔH=+16 kJ·mol-1
B.Ag(s)+Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH=-127 kJ·mol-1
C.HgO(s)===Hg(l)+O2(g)　ΔH=+91 kJ·mol-1
D.H2O2(l)===O2(g)+H2O(l)　ΔH=-98 kJ·mol-1
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A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH-TΔS>0，即任何温度下反应都不能自发进行；
B项，ΔH<0，ΔS<0，低温下反应能自发进行；
C项，ΔH>0，ΔS>0，较高温度时反应能自发进行；
D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH-TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。
选项 化学方程式 已知条件 预测
A A(s)===B(g)+C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应
B A(g)+2B(g)===2C(g)+3D(g) 能自发反应 ΔH一定小于0
C M(s)+aN(g)===2Q(g) ΔH<0，自发反应 a可能等于1、2、3
D M(s)+N(g)===2Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0
3.下列对化学反应的预测正确的是
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A(s)===B(g)+C(s)的ΔS>0，ΔH>0，在高温条件下能自发进行，故A错误；
A(g)+2B(g)===2C(g)+3D(g)的ΔS>0，所以当ΔH<0时，一定满足ΔH-TΔS<0，反应一定能够自发进行，当ΔH>0时，高温下，ΔH-TΔS<0成立，也可以自发进行，故B错误；
M(s)+N(g)===2Q(s)的ΔS<0，当ΔH>0时，ΔH-TΔS>0，一定不能自发进行，故D错误。
4.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是
A.提高分离技术
B.研制耐高压的合成塔
C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
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由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。
5.2007年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家格哈德·埃特尔(Gerhard Ertl)，以表彰他在固体表面化学研究中取得的开拓性成就。他的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是
A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③
　的活化能就是合成氨反应的反应热
B.反应中有极性键的断裂与形成
C.当温度、体积一定时，在原料气中添
　加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率
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图①到图③为氮气和氢气中的化学键断裂的过程，图⑤到图③为氨气中化学键断裂的过程，故图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热，A正确；
该反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；
当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；
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合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温不是为了提高转化率，D错误。
6.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，下列说法正确的是
A.反应①的ΔS<0
B.反应②在600 ℃时的反应速率很快
C.温度大于1 000 ℃时，反应①能自发进行
D.反应②的ΔH>0
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反应①在温度大于1 000 ℃时ΔG<0，故此时反应①能自发进行，故C正确；
根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH<0，故D错误。
反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS>0，故A错误；
该题可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应速率快慢，故B错误；
7.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应：LaNi5(s)+3H2(g)　　LaNi5H6(s)　ΔH=-301 kJ·mol-1。在某温度下，达到平衡状态，测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是
A.当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态
B.若温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压
　强等于2 MPa
C.扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强，降低温度，有利于储氢
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LaNi5是固体，不能根据固体的浓度不变判断反应达到平衡状态，A错误；
温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，平衡常数Kp=不变，则
重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa，B正确；
扩大容器的容积，相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，则n(H2)增多，C正确；
该反应的正反应是气体分子总数减小的放热反应，因此增大压强、降低温度，平衡正向移动，有利于储氢，D正确。
8.已知反应：CO(g)+3H2(g)　　CH4(g)+H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为　)。下列有关说法正确的是
A.上述反应的ΔH<0
B.N点时的反应速率一定比M点的快
C.降低温度，H2的转化率可达到100%
D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
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此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；
采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。
根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；
N点压强大于M点，M点温度高于N点，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；
9.(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[
×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A.其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，
　出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
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NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转化率降低，故A错误；
根据图像，在175~300 ℃范围，随温度的升高，
N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；
根据图像，温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，故温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误。
10.(2024·河北保定高三模拟)汽车尾气净化反应：2NO(g)+2CO(g)　　N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-746.8 kJ·mol-1，ΔS=-197.5 J·mol-1·K-1。为了探究其转化效率，某小组利用传感器测定一定温度下投入1.0×10-3 mol·L-1NO、3.6×10-3 mol·L-1CO的物质的量浓度与时间关系如图所示。
下列说法正确的是
A.上述正反应在较高温度下能自发进行
B.b→c段反应速率v(NO)=0.1 mol·L-1·s-1
C.单位时间内消耗NO和消耗CO2浓度相等时达到
　平衡状态
D.该温度下，上述反应的平衡常数K=500
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由题知ΔH<0、ΔS<0，较低温度时满足ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能自发进行，故A错误；
由曲线与纵坐标交点可知，曲线abcde表示CO，曲线xyzw表示NO，则b→c段反应速率v(NO)=
=10-4 mol·L-1·s-1，故B错误；
当单位时间内消耗NO和消耗CO2浓度相等时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；
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由图可知，该温度下反应达到平衡时，c(CO)= 2.7×10-3 mol·L-1，c(NO)=0.1×10-3 mol·L-1，c(N2)=Δc(NO)=×(1.0×10-3-0.1×10-3)mol·L-1=
0.45×10-3 mol·L-1，c(CO2)=2c(N2)=0.9×10-3 mol·
L-1，反应的平衡常数K==5 000，故D错误。
11.(2025·张家口模拟)将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。
下列说法不正确的是
A.200~1 600 ℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接
　近100%
B.将400 ℃时的平衡体系加热至800 ℃，平衡C(s)+CO2(g)
　　　2CO(g)向正反应方向移动
C.1 000 ℃时，测得某时刻x(TiCl4)=0.2。其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)
　超过该温度下平衡时的x(TiCl4)
D.实际生产时反应温度选择900 ℃而不选择200 ℃，其主要原因是900 ℃比200 ℃时
　化学反应速率更快，生产效益更高
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在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之
比为1∶2∶2进行反应：TiO2+2C+2Cl2　　
TiCl4+2CO，三者完全反应时，生成TiCl4、CO的物质的量之比为1∶2，此时TiCl4的物质的量
分数约为33.3%，结合图像可知，200~1 600 ℃反应达到平衡时，TiCl4的物质的量分数约为33.3%，则TiO2转化率均已接近100%，A正确；
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结合图像可知，将400 ℃时的平衡体系加热至800 ℃，二氧化碳含量减小、一氧化碳含量增加，则平衡C(s)+CO2(g)　　2CO(g)向正反应方向移动，B正确；
延长时间不能改变平衡时物质的转化率，C错误。
12.(2024·辽宁模拟预测)向体积均为1 L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入1 mol O2和4 mol HBr，发生反应：4HBr(g)+O2(g)　　2Br2(g)+
2H2O(g)　ΔH。分别在绝热、恒温条件下进行，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A.正反应在较低温度下能自发进行
B.乙在恒温条件下进行，ΔH<0
C.a点的正反应速率大于c点的正反应速率
D.甲条件下平衡常数K小于20.25
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由图可知，正反应是放热反应，ΔH<0，气体分子数减小，ΔS<0，ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0反应自发，故该反应在较低温度下能自发进行，A项正确；
曲线甲恒容密闭容器中压强增大，说明甲在绝热条件下进行，乙在恒温条件下进行，B项正确；
平衡时，Ta>Tc，a点的反应物浓度大于c点的反应物浓度，即a点的正反应速率大于c点的正反应速率，C项正确；
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在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，根据三段式，
　　　　　4HBr(g)+O2(g)　　2Br2(g)+2H2O(g)
起始/mol　　4　　　1　　　　 0　　　 0
转化/mol　　4x　　　x　　　 2x　　　2x
b点/mol　　4-4x　　1-x　　　 2x　　 2x
(4+1)∶(5-x)=20p∶17p，解得x=0.75，b点浓度商Q==20.25，a、b点总压强相等，容器体积相等，a点温度较高，故a点气体的物质的量小于b点，即5-xa<4.25，得xa>0.75，即a点平衡常数K大于20.25，D项错误。
13.(2023·浙江6月选考，14)一定条件下，1-苯基丙炔(　　　　　　　　)可与HCl发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是
A.反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ
　的比例
D.选择相对较短的反应时间，及时分离可获得
　高产率的产物Ⅰ
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反应Ⅱ=反应Ⅰ+反应Ⅲ，反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应，ΔH都小于0，所以反应Ⅱ的ΔH<0，因此反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ，故A正确；
短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多，说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率快，速率越快，其活化能越小，则反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ，故B正确；
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反应Ⅲ的平衡常数K=，温度不变，K不变，平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变，C错误；
根据图中信息，选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ，故D正确。
14.(1)[2021·浙江6月选考，29(1)]实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)+2H2SO4(l)===CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-11.9 kJ·mol-1，判断该反应的自发性并说明理由：________________________________
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答案
任何温度下都能自发进行，是因为
ΔH<0、ΔS>0
(2)[2021·湖南，16(1)(2)]氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
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答案
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
①反应2NH3(g)　　N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
+90.8
根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，2NH3(g)　　N2(g)+3H2(g)　ΔH=390.8 kJ·mol-1 ×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。
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答案
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
②已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1，在下列哪些温度下反应能自发进行？　 　(填字母)。
A.25 ℃ B.125 ℃ 　　C.225 ℃ D.325 ℃
CD
若反应自发进行，则需ΔH-TΔS<0，T>=≈456.5 K，即温度应高于(456.5-273)℃=183.5 ℃。
15.[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(4)]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g) 　　　　SO3(g)　ΔH=
-98 kJ·mol-1。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，
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答案
在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=　　　，判断的依据是____________
__________________________________________
　　　　 　　 。 影响α的因素有
0.975
该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>
2.5 MPa=p2，所以p1=5.0 MPa
　　　　 　　　　　　。
反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强
______________________________________
___________________________________________________________________________。
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(-1)0.8(1-nα')。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图(c)所示。
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曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是__________
k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当ttm，k增大对v的提高小于α引起的降低
升高温度，
16.(2024·山西晋城一模)氨是一种重要的化工产品。回答下列问题：
(1)已知：①N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)　　H2O(g)　ΔH=-240.0 kJ·mol-1
③2Fe(s)+O2(g)　　Fe2O3(s)　ΔH=-1 644.0 kJ·mol-1
则反应2NH3(g)+Fe2O3(s)　　N2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)　ΔH=　　 　 kJ·
mol-1，该反应在　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
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+1 016.0
高温
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答案
由盖斯定律可知，反应②×3-①-③得反应2NH3(g)+Fe2O3(s)　　N2(g)+
3H2O(g)+2Fe(s)　ΔH，则ΔH=(-240.0 kJ·mol-1)×3-(-92.0 kJ·mol-1)-
(-1 644.0 kJ·mol-1)=+1 016.0 kJ·mol-1，该反应为熵增的吸热反应，高温条件下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行。
(2)温度为T ℃，压强恒定为p MPa，用Fe2O3处理NH3和HCN(起始时NH3的体积分数为58%)的混合气体，部分气体的体积分数随时间的变化如图，反应经30 min达到平衡。
①0~30 min内用NH3的压强变化表示的反应速率v(NH3)=　　　　　 MPa·min-1。
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由图可知，起始时氨气的体积分数为58%，分压为58%×p MPa=0.58p MPa，30 min反应达到平衡时氨气的体积分数为1%，分压为1%×p Mpa
=0.01p MPa，则氨气反应速率为
=0.019p MPa·min-1。
②反应2NH3(g)+Fe2O3(s)　　N2(g)+3H2O(g)+
2Fe(s)的平衡常数Kp=　　　　 　 MPa2(列出计算式即可)；若升高温度，该反应的平衡常数将　 　(填“增大”“减小”或“不变”)。
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增大
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答案
由图可知，30 min反应达到平衡时氨气、氮气、水蒸气的体积分数分别为1%、25%、45%，则反应的平衡常数Kp=
= MPa2，该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。
(3)在催化剂作用下，可用NH3去除NO，其反应原理为4NH3+6NO===5N2+6H2O。不同温度条件下，n(NH3)∶n(NO)分别为4∶1、3∶1、1∶3时，得到的NO脱除率曲线如图所示。
①曲线a中，在温度超过900 ℃时，NO脱除率骤然下降的原因可能是　　　 　　　　。
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答案
催化剂失去活性
②曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是　　　。
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氨气和一氧化氮的物质的量的比值增大，相当于增大氨气的浓度，平衡向正反应方向移动，一氧化氮的脱除率增大，则由图可知，曲线b对应的物质的量之比是3∶1。
返回第十章　第51练　化学反应的方向与调控
分值：100分
(选择题1~13题，每小题5分，共65分)
1.25 ℃、1.01×105 Pa时，反应2N2O5(g) ===4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1，该反应能自发进行的原因是(　　)
A.该反应是吸热反应
B.该反应是放热反应
C.该反应是熵减小的反应
D.该反应的熵增大效应大于能量效应
2.下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g) ===2N2O(g)　ΔH=+16 kJ·mol-1
B.Ag(s)+Cl2(g) ===AgCl(s)　ΔH=-127 kJ·mol-1
C.HgO(s) ===Hg(l)+O2(g)　ΔH=+91 kJ·mol-1
D.H2O2(l)===O2(g)+H2O(l)　ΔH=-98 kJ·mol-1
3.下列对化学反应的预测正确的是(　　)
选项 化学方程式 已知条件 预测
A A(s) ===B(g)+C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应
B A(g)+2B(g) ===2C(g)+3D(g) 能自发反应 ΔH一定小于0
C M(s)+aN(g) ===2Q(g) ΔH<0，自发反应 a可能等于1、2、3
D M(s)+N(g) ===2Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0
4.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　)
A.提高分离技术
B.研制耐高压的合成塔
C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
5.2007年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家格哈德·埃特尔(Gerhard Ertl)，以表彰他在固体表面化学研究中取得的开拓性成就。他的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是(　　)
A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热
B.反应中有极性键的断裂与形成
C.当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率
6.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.反应①的ΔS<0
B.反应②在600 ℃时的反应速率很快
C.温度大于1 000 ℃时，反应①能自发进行
D.反应②的ΔH>0
7.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应：LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)　ΔH=-301 kJ·mol-1。在某温度下，达到平衡状态，测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是(　　)
A.当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态
B.若温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强等于2 MPa
C.扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强，降低温度，有利于储氢
8.已知反应：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为)。下列有关说法正确的是(　　)
A.上述反应的ΔH<0
B.N点时的反应速率一定比M点的快
C.降低温度，H2的转化率可达到100%
D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
9.(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
10.(2024·河北保定高三模拟)汽车尾气净化反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-746.8 kJ·mol-1，ΔS=-197.5 J·mol-1·K-1。为了探究其转化效率，某小组利用传感器测定一定温度下投入1.0×10-3 mol·L-1NO、3.6×10-3 mol·L-1CO的物质的量浓度与时间关系如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.上述正反应在较高温度下能自发进行
B.b→c段反应速率v(NO)=0.1 mol·L-1·s-1
C.单位时间内消耗NO和消耗CO2浓度相等时达到平衡状态
D.该温度下，上述反应的平衡常数K=500
11.(2025·张家口模拟)将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。
下列说法不正确的是(　　)
A.200~1 600 ℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100%
B.将400 ℃时的平衡体系加热至800 ℃，平衡C(s)+CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动
C.1 000 ℃时，测得某时刻x(TiCl4)=0.2。其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡时的x(TiCl4)
D.实际生产时反应温度选择900 ℃而不选择200 ℃，其主要原因是900 ℃比200 ℃时化学反应速率更快，生产效益更高
12.(2024·辽宁模拟预测)向体积均为1 L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入1 mol O2和4 mol HBr，发生反应：4HBr(g)+O2(g)2Br2(g)+2H2O(g)　ΔH。分别在绝热、恒温条件下进行，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.正反应在较低温度下能自发进行
B.乙在恒温条件下进行，ΔH<0
C.a点的正反应速率大于c点的正反应速率
D.甲条件下平衡常数K小于20.25
13.(2023·浙江6月选考，14)一定条件下，1-苯基丙炔()可与HCl发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是(　　)
A.反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D.选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
14.(9分)(1)[2021·浙江6月选考，29(1)]实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)+2H2SO4(l)===CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-11.9 kJ·mol-1，判断该反应的自发性并说明理由：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)[2021·湖南，16(1)(2)]氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
①反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
②已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1，在下列哪些温度下反应能自发进行？　　　　　　(填字母)。
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
15.(12分)[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(4)]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=　　　　，判断的依据是　　　　 　　　　。
影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　。
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(-1)0.8(1-nα')。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是　　　　。
16.(14分)(2024·山西晋城一模)氨是一种重要的化工产品。回答下列问题：
(1)已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-240.0 kJ·mol-1
③2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)　ΔH=-1 644.0 kJ·mol-1
则反应2NH3(g)+Fe2O3(s)N2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)　ΔH=　　　　　 kJ·mol-1，该反应在　　　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)温度为T ℃，压强恒定为p MPa，用Fe2O3处理NH3和HCN(起始时NH3的体积分数为58%)的混合气体，部分气体的体积分数随时间的变化如图，反应经30 min达到平衡。
①0~30 min内用NH3的压强变化表示的反应速率v(NH3)=　　　　　 MPa·min-1。
②反应2NH3(g)+Fe2O3(s)N2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)的平衡常数Kp=　　　　　 MPa2(列出计算式即可)；若升高温度，该反应的平衡常数将　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)在催化剂作用下，可用NH3去除NO，其反应原理为4NH3+6NO5N2+6H2O。不同温度条件下，n(NH3)∶n(NO)分别为4∶1、3∶1、1∶3时，得到的NO脱除率曲线如图所示。
①曲线a中，在温度超过900 ℃时，NO脱除率骤然下降的原因可能是　　　 　　　　。
②曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是　　　　　。
答案精析
1.D　2.D　3.C
4.C　[由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。]
5.A　6.C　7.A
8.A　[根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点，M点温度高于N点，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。]
9.D
10.C　[由题知ΔH<0、ΔS<0，较低温度时满足ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能自发进行，故A错误；由曲线与纵坐标交点可知，曲线abcde表示CO，曲线xyzw表示NO，则b→c段反应速率v(NO)==10-4 mol·L-1·s-1，故B错误；当单位时间内消耗NO和消耗CO2浓度相等时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；由图可知，该温度下反应达到平衡时，c(CO)=2.7×10-3 mol·L-1，c(NO)=0.1×10-3 mol·L-1，c(N2)=Δc(NO)=×(1.0×10-3-0.1×10-3) mol·L-1=0.45×10-3 mol·L-1，c(CO2)=2c(N2)=0.9×10-3 mol·L-1，反应的平衡常数K==5 000，故D错误。]
11.C　[在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，三者完全反应时，生成TiCl4、CO的物质的量之比为1∶2，此时TiCl4的物质的量分数约为33.3%，结合图像可知，200~1 600 ℃反应达到平衡时，TiCl4的物质的量分数约为33.3%，则TiO2转化率均已接近100%，A正确；结合图像可知，将400 ℃时的平衡体系加热至800 ℃，二氧化碳含量减小、一氧化碳含量增加，则平衡C(s)+CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动，B正确；延长时间不能改变平衡时物质的转化率，C错误。]
12.D
13.C　[反应Ⅱ=反应Ⅰ+反应Ⅲ，反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应，ΔH都小于0，所以反应Ⅱ的ΔH<0，因此反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ，故A正确；短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多，说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率快，速率越快，其活化能越小，则反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ，故B正确；反应Ⅲ的平衡常数K=，温度不变，K不变，平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变，C错误；根据图中信息，选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ，故D正确。]
14.(1)任何温度下都能自发进行，是因为ΔH<0、ΔS>0
(2)①+90.8　②CD
解析　(2)①根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。②若反应自发进行，则需ΔH-TΔS<0，T>=≈456.5 K，即温度应高于(456.5-273)℃=183.5 ℃。
15.(2)0.975　该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2，所以p1=5.0 MPa　反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强　(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当ttm，k增大对v的提高小于α引起的降低
16.(1)+1 016.0　高温
(2)①0.019p　②　增大
(3)①催化剂失去活性　②3∶1
解析　(1)由盖斯定律可知，反应②×3-①-③得反应2NH3(g)+Fe2O3(s)N2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)　ΔH，则ΔH=(-240.0 kJ·mol-1)×3-(-92.0 kJ·mol-1)-(-1 644.0 kJ·mol-1)=+1 016.0 kJ·mol-1，该反应为熵增的吸热反应，高温条件下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行。(2)①由图可知，起始时氨气的体积分数为58%，分压为58%×p MPa=0.58p MPa，30 min反应达到平衡时氨气的体积分数为1%，分压为1%×p MPa=0.01p MPa，则氨气反应速率为=0.019p MPa·min-1。②由图可知，30 min反应达到平衡时氨气、氮气、水蒸气的体积分数分别为1%、25%、45%，则反应的平衡常数Kp== MPa2，该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。(3)②氨气和一氧化氮的物质的量的比值增大，相当于增大氨气的浓度，平衡向正反应方向移动，一氧化氮的脱除率增大，则由图可知，曲线b对应的物质的量之比是3∶1。

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