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课标要求　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。
3.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
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
衡量一个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　 　。
S
＞
＞
自发进行
3.判断化学反应方向的判据
学以致用
(1)(2025·湖南卷节选)反应C4H8(g)＋H2(g) C4H10(g)的ΔH=－126 kJ·mol－1，该反应
　 　。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
(2)(2025·广东卷)298 K下，反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)====TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则298 K下该反应　 (填“能”或“不能”)自发进行。
【解析】 (1)反应C4H8(g)＋H2(g) C4H10(g)是熵减的放热反应，依据ΔG=ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行，故低温下自发进行，B正确。
(2)反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)====TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，根据ΔG=ΔH－TΔS＜0能自发进行可知，该反应在298 K下能自发进行。
B
能
考向　综合判断化学反应的自发性
1.(2025·1月选考节选)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)＋CO(g)====HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下的ΔH　 　.
0(填“＞”“＜”或“=”)。
＜
2.(2024·6月选考节选)硼氢化钠(NaBH4)水解生氢反应方程式如下：NaBH4(s)＋2H2O(l)====NaBO2(aq)＋4H2(g)　ΔH＜0，该反应能自发进行的条件是　 　。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
C
3.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
【解析】 AB 型强电解质溶于水的过程中，整个体系的熵变需要对比始态固体和水与终态溶液。固体溶解产生离子，熵增且吸热，而离子和水分子间有水合过程，会使得水分子的混乱程度降低，从而熵减且放热，故整个过程的焓变和熵变可能大于零或小于零，D符合题意。
D
考点二　化学反应的调控
1.工业合成氨的原理及特点
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=－92.4 kJ·mol－1。
(2)两个关键特征(浙江高频)
①热力学特征
放热反应(ΔH＜0)：根据勒夏特列原理，低温有利于平衡正向移动，提高 NH3的平衡产率。
熵减反应(ΔS＜0)：反应前气体总分子数减少，混乱度降低；高压有利于平衡正向移动(压缩体积，向分子数少的方向移动)，提高 NH3产率。
②动力学特征
反应速率极慢：N2分子中存在氮氮三键(N≡N)，键能极大(946 kJ·mol－1)，断裂难度高，常温下几乎不反应，需通过条件调控加快反应速率。
2.提高合成氨反应速率和平衡转化率条件的比较
条件 增大反应速率 提高平衡
转化率 综合结果
压强 　 　 　 　 　 　
温度 　 　 　 　 兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂 　 　 　 　 　 　
浓度 增大　 　的浓度 　 　反应物的浓度，
　 　反应产物的浓度 增大反应物的浓度，且不断减小反应产物的浓度
高压
高压
高压
高温
低温
使用
无影响
使用
氮气、氢气
增大
减小
3.工业合成氨的适宜条件
影响因素 选择条件
温度 反应温度控制在　 　左右
浓度 N2、H2投料比为　 　；氨及时从混合气中分离出去，剩余原料气体　 　
压强 10 MPa~30 MPa
催化剂 选择　 　作催化剂
400~500 ℃
1∶2.8
循环使用
铁触媒
4.化学反应的调控
(1)通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
(2)在实际生产中常常需要结合　 　、　 　、　 　等情况，综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。
(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
设备条件
安全操作
经济成本
考向1　工业合成氨适宜条件选择
1.合成氨反应的正反应是气体分子数减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：

下列关于合成氨工业的说法不正确的是(　 　)
A.混合气进行循环利用遵循绿色化学思想
B.合成氨反应需要在低温下进行
C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D.使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动
【解析】 降低温度，反应速率减慢，为保证速率较快，催化剂的活性高，产物的产率又不低，选择适宜的温度即可，不一定在低温下进行，B错误。
B
2.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g) C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比通过有催化剂填充的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断中不正确的是 ( )
考向2　化工生产中反应条件的控制
B
3.(2023·6月选考节选)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。
水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH=－41.2 kJ·mol－1
该反应分两步完成：
3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1=－47.2 kJ·mol－1
2Fe3O4(s)＋H2O(g) 3Fe2O3(s)＋H2(g) ΔH2
请回答：
(1)下列说法正确的是　 (填字母)。
A.通入反应器的原料气中应避免混入O2
B.恒定水碳比[n(H2O)/n(CO)]，增加体系总压可提高H2的平衡产率
C.通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe
D.通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率
AC
(2)水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。
①在催化剂活性温度范围内，图2中b~c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是　 (填字母)。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水(蒸气)
C.通过热交换器换热
图1 图2 图3
A
②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。
【解析】 ①按原水碳比通入冷的原料气，可以降低温度，同时化学反应速率稍减小，导致CO的转化率稍减小，A正确；喷入冷水(蒸气)，可以降低温度，但是同时水蒸气的浓度增大，会导致CO的转化率增大，与图中变化不符，B错误；通过热交换器换热，可以降低温度，但不改变投料比，换热的过程在催化剂层外，并不会反应，只有温度的降低，不影响转化率，与图中变化不符，C错误。
(3)在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是　 .
　。
反应物分子在催化剂表面的吸附为快速建立平衡的放热过程，
温度升高，平衡逆移，被吸附的反应物浓度降低，成反应速率降低的主要因素
进阶高考
1.(2024·江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的
主要反应(忽略其他副反应)：
①CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1=＋41.2 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速
通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位
点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的
体积分数如图所示。下列说法中正确的是(　 　)
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2＞0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
C
【解析】 L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；由题图可知，L1→L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2＜0，B错误；L1处CO的体积分数大于 CH3OH，说明生成的CO的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D错误。
2.(2024·上海卷节选)已知反应Al2Br6(l) 2Al(g)＋6Br(g)　ΔH，由图可知，若该反应自发进行，则该反应的　 　。

A.ΔH＞0，ΔS＞0 B.ΔH＜0，ΔS＞0
C.ΔH＞0，ΔS＜0 D.ΔH＜0，ΔS＜0
【解析】 由ΔG=ΔH－TΔS可得ΔG=－ΔST＋ΔH，根据图像可知，该直线解析式得斜率小于0，纵截距大于0，即－ΔS＜0，ΔH＞0，故结果为ΔS＞0、ΔH＞0，A正确。
A
＜
能
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
ΔH/(kJ·mol－1) a b c
6a－b－9c
(3)受反应ⅰ影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低，原因是　 .
　。
【解析】由于反应ⅰ生成固态炭，会覆盖在催化剂表面，从而减小气体与催化剂的接触面积，因此随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低。
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为　 　，理由是　 .
　。
【解析】比较表中数据可以看出，pH=10.0时，CH4平均转化率为最大值10.45%，芳烃平均产率为最大值6.45%，产物中积炭平均含量为最小值33.10%，所以最佳pH为10.0。
pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积炭平均含量/%
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
反应ⅰ有积炭生成，随着反应的进行，生成的积炭逐渐增多，覆盖在催化剂表面，使
CH4与催化剂的接触面积减小，化学反应速率减小
10.0
pH=10.0时，产物中积炭平均含量最低，CH4平均转化率最
大，芳烃平均产率最高
课时作业
答案速对
第十章 第34讲　化学反应的方向与调控
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 B C C B 见答案 见答案 见答案 D
题号 9 10
答案 D 见答案
1.下列对于化学反应方向的说法正确的是(　 　)
A.反应：2A(g)＋B(g)====3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH＞0
B.常温下，反应：2Na2SO3(s)＋O2(g)====2Na2SO4(s)能自发进行，则有ΔH＜0
C.反应：2Mg(s)＋CO2(g)====C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D.一定温度下，反应：2NaCl(s)====2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0、ΔS＞0
【解析】 反应：2A(g)＋B(g)====3C(s)＋D(g)是熵减的反应，在一定条件下能自发进行，据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，A错误；反应：2Na2SO3(s)＋O2(g)====2Na2SO4(s)是熵减的反应，常温下能自发进行，据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，B正确；反应：2Mg(s)＋CO2(g)====C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，C错误；反应：2NaCl(s)====2Na(s)＋Cl2(g)是分解反应，该反应的ΔH＞0，D错误。
B
2.(2025·余姚中学检测)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，下列说法中正确的是(　 　)
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
【解析】 反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS＞0，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下反应速率快慢，B错误；反应①在温度大于1 000 ℃时ΔG＜0，故此时反应①能自发进行，C正确；根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH＜0，D错误。
C
3.关于合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH=－57.3 kJ·mol－1，下列说法中不正确的是(　 　)
A.使用高效催化剂能减小反应活化能
B.为了提高原料利用率，N2和H2循环使用
C.工业合成氨温度为700 K是因为升高温度有利于提高H2的平衡转化率
D.恒温恒容下，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态
【解析】 使用高效催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，A正确；合成氨工业，N2和H2循环使用可以提高原料利用率，B正确；N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，H2的平衡转化率降低，工业合成氨温度为700 K是为了加快反应速率，C错误；N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)反应前后气体系数和不同，恒温恒容下，压强是变量，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态，D正确。
C
4.硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应：2SO2＋O2 2SO3的说法中不正确的是(　 　)
A.实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率
B.实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好
C.在生产中，通入过量空气的目的是提高SO2的转化率
D.实际生产中，选定400~500 ℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高
【解析】 二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，不能反应完全，因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率，A正确；压强过大，设备可能无法承受，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；通入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C正确；实际生产中，温度为400~500 ℃时，催化剂的活性最高，因此选定400~500 ℃作为操作温度，D正确。
B
5.(1)(2025·绍兴上虞中学模拟)乙醇－水催化重整可获得H2，主要发生以下反应：
反应Ⅰ：C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH1=＋173 kJ·mol－1；
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2=＋41.1 kJ·mol－1。
反应Ⅰ自发进行的条件是　 　。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
(2)(2025·余姚中学模拟)锑元素在自然界大多以辉锑矿(主要成分为Sb2S3)形式存在，冶炼的原理如下：
反应：Sb2S3(s)＋3ZnO(s)＋3C(s)====2Sb(s)＋3ZnS(s)＋3CO(g)　ΔH
已知该反应在400 ℃以上才能自发进行，ΔH　 　0(填“＜”“＞”或“=”)
B
＞
不合理，该反应的ΔH＞0、ΔS＜0，不能自发进行
低温
7.(2025·浙江强基联盟联考)“哈伯法”合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)　ΔH
ΔS=－198.2 J·K－1·mol－1。
相关键能数据如下表：
(1)ΔH=　 　 kJ·mol－1。
(2)合成氨的反应在低温能自发进行，推动反应在该条件下自发进行的主要因素是反应的
　 　(填“焓变”或“熵变”)。
化学键 N≡N H—H N—H
键能/(kJ·mol－1) 946.0 436.0 390.8
－90.8
焓变

下列说法中正确的是(　 　)
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 ℃内，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的转化率高和N2的选择性高的催化剂
【解析】 NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转化率减小，A错误；在175~300 ℃内，随温度的升高，N2的选择性减小，即产生氮气的量减少，B错误；温度高于250 ℃时，N2的选择性减小，且氨气的转化率变化并不大，由题图可知，温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，C错误；氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3的转化率高和N2的选择性高的催化剂，D正确。
D
D
【解析】 活化能越低，反应速率越快，在银催化下，反应Ⅱ的活化能大于反应Ⅰ，则反应Ⅱ的速率小于反应Ⅰ，A正确；题目指出两个反应的平衡常数均大于105，说明反应接近完全转化，改变压强，对环氧乙烷的平衡产率影响不大，B正确；从自发的角度看，化学平衡常数K与吉布斯自由能变化ΔG之间存在关系：ΔG=－RTlnK，两个反应的平衡常数均大于105，表明两反应均自发(ΔG＜0)，但乙烯完全氧化生成CO2和H2O(反应Ⅱ)的焓变ΔH2通常比部分氧化生成环氧乙烷更小(放热更多)，根据ΔG=ΔH－TΔS，从热力学角度看，乙烯氧化后倾向于生成CO2，C正确；若不考虑催化剂银的活性变化，升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的速率都增大，升高温度时，活化能较高的反应速率增长更快，加剧副反应生成二氧化碳，降低主产物环氧乙烷的选择性，D错误。
10.如图所示为合成氨的简要流程和反应方程式：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＜0。



(1)图中X是　 　，这样操作的目的是　 　。
【解析】冷凝器将氨气冷凝分离出后，氮气和氢气进入压缩机循环，则X为N2、H2，这样操作的目的是提高原料的利用率。
(2)T ℃时，在容积为2 L的密闭恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g)，5 min后达到平衡，测得N2的浓度为0.2 mol·L－1。
①计算此段时间的反应速率v(NH3)=　 　，H2的转化率为　 　。
②已知300 ℃时K=0.86，则(2)中的反应温度T　 　(填“＞”“＜”或“=”)300。若向平衡后的体系中同时加入1.2 mol N2、1.6 mol H2、1.2 mol NH3，平衡将　 　(填“正向移动”“不移动”或“逆向移动”)。
N2、H2
提高原料的利用率
0.08 mol·L－1·min－1
75%
正向移动
＜
(3)下列措施可提高N2平衡转化率的是　 　(填字母)。
A.恒容时充入H2，使体系总压强增大 B.恒容时将NH3从体系中分离
C.恒容时充入He，使体系总压强增大 D.加入合适的催化剂
【解析】恒容时充入H2，使体系总压强增大，增大反应物浓度，平衡正向移动，则N2平衡转化率增大，A正确；恒容时将NH3从体系中分离，减小生成物浓度，平衡正向移动，则N2平衡转化率增大，B正确；恒容时充入He，使体系总压强增大，各物质的浓度均不变，平衡不移动，则N2平衡转化率不变，C错误；加入合适的催化剂，平衡不移动，则N2平衡转化率不变，D错误。
(4)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在低温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应：2N2(g)＋6H2O(l) 4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH=＋765.2 kJ·mol－1。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、压强为1.0×105 Pa、反应时间为3 h)：
当温度高于323 K时，NH3的生成量反而降低的可能原因是　 .
.
　。
T/K 303 313 323 353
NH3生成量/(×10－6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0
AB
催化剂失去活性；发生副反
应，氨气与氧气反应；温度升高液态水脱离催化剂表面，降低了氮气在催化剂表面与水
接触的几率

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