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(共76张PPT)
第38讲　化学反应方向与调控
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。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·全面突破
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。
自发反应是反应的方向问题，不一定会自动发生。有时常温下能自动 发生，有时需要加热后发生。
①相同条件下，物质不同，熵值不同。
②同一物质在不同状态下熵值不同，一般规律是S（g） S（l） S（s）。
③相同状态的不同物质的熵值也不相同，例如，同温同压下，等物质 的量的H2和N2熵不一样。
＞　
＞　
2. 熵和熵变
（1）熵是度量体系混乱程度的物理量，符号为S。
（2）影响熵大小的因素
（3）熵变（ΔS）＝生成物的总熵－反应物的总熵。
化学反应的ΔS越大，越有利于反应的自发进行。
3. 化学反应方向的判断
（1）定性判断：一般规律
①ΔH＜0，ΔS＞0时，反应 自发进行；
②ΔH＞0，ΔS＜0时，反应 自发进行；
③ΔH＞0，ΔS＞0时， 温可能自发进行；
④ΔH＜0，ΔS＜0时， 温可能自发进行。
能　
不能　
高　
低　
（2）定量判断：ΔG＝ΔH－TΔS
当ΔG＜0时，反应 自发进行；
当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
当ΔG＞0时，反应 自发进行。
能　
不能　
×
√
√



√
√
√
　　
1. 已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件 下，下列反应不能自发进行的是（　　）
√
A. 低温下为自发过程，高温下为非自发过程
B. 任何温度下为非自发过程
C. 高温下为自发过程，低温下为非自发过程
D. 任何温度下为自发过程
解析：ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行。该反应ΔH＞0，ΔS＞0，只有T很大即高温时，才能保证ΔH－TΔS＜0，即高温下该反应为自发过程，低温下该反应为非自发过程，C满足题意。
√
【题后归纳】
熵增（ΔS＞0）的常见反应
考点二　化学反应的调控
1. 化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从速率角度分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动角度 分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致 性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率角度 分析 ①增加易得廉价原料的用量，提高难得高价 原料的利用率，从而降低生产成本；②循环 操作
从实际生产能力角度 分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性 和选择性角度分析 注意催化剂的活性和选择性对温度的限制
2. 控制反应条件的基本措施
（1）控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强（或浓度）、固 体的表面积以及使用催化剂等措施控制反应速率。
（2）提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强（或浓度） 等来改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
3. 工业合成氨反应的适宜条件
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。
（2）
3. 工业合成氨反应的适宜条件
放热　
（3）从反应速率和反应限度两个角度选择反应条件
升高　
增大　
增大　
降低　
（4）综合考虑——选择适宜的生产条件
①温度：400～500 ℃。
②压强： MPa～ MPa。
10　
30　
铁触媒　
一、工业合成氨的反应条件分析
1. 如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是（　　）
A. 步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B. 步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速 率
C. 步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率
D. 为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨 从混合气中分离出去
解析：步骤③中催化剂不能使平衡移动，催化剂不能提高原料的平衡转化率，C错误。
√
二、其他工业生产条件的分析
A. 常通入过量的空气，以提高SO2的平衡转化率
B. 为提高反应速率和平衡转化率，采用的压强越大越好
C. 控制温度为400～500 ℃，既能提高反应速率，又能使催化剂有较 高的活性
D. 要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本 等，寻找适宜的生产条件
√
解析：在二氧化硫的催化氧化反应中，常压下二氧化硫的转化率已经很高，增大压强会增加成本，B错误。
真题·体验品悟
A. 该反应的ΔS＜0
C. 题图所示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与 催化剂中的M之间发生作用
D. 该反应中每消耗1 mol H2S，转移电子的数目约为2×6.02×1023
√
2. （2025·黑吉辽蒙高考18题节选）乙二醇是一种重要化工原料，以 合成气（CO、H2）为原料合成乙二醇具有重要意义。
间接合成法：用合成气和O2制备的DMO合成乙二醇，发生如下3个均 放热的连续反应，其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。
（1）已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，则曲线 （填图中标号， 下同）表示DMO的转化率，曲线 表示MG的选择性。
解析：根据间接合成法的3个连续反应可知，消耗的DMO的物质的量 等于三种产物（MG、乙二醇、乙醇）的物质的量之和，根据物质选 择性的定义，三种产物在任一温度下的选择性之和为100％，故曲线Ⅰ 表示DMO的转化率。由于三个反应为连续反应，随着温度升高，反 应速率不断增大，体系中的物质会不断向最终产物乙醇转化，因此选 择性随温度升高而不断升高的曲线Ⅲ表示乙醇的选择性，曲线Ⅳ表 示MG的选择性。
Ⅰ　
Ⅳ　
（2）有利于提高A点DMO转化率的措施有 （填标号）。
A. 降低温度
B. 增大压强
C. 减小初始氢酯比
D. 延长原料与催化剂的接触时间
BD　
解析：由于DMO→MG为不可逆反应，因此要提高A点DMO的转化 率，可通过提高其反应速率或延长反应时间的方法来达到。降低温度 会降低反应速率，A项错误；增大压强可提高反应速率，B项正确； 减小初始氢酯比相当于增大DMO的含量，不能提高DMO的转化率， C项错误；延长原料与催化剂的接触时间相当于延长反应时间，D项 正确。

1.98　
0.025　

3. （2023·天津高考16题节选）下面是制备硫酸的工业流程：
降低　
解析：该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则二氧化硫转 化率降低。
解析：在第二步反应中，通过多次热交换及催化剂多次催化效应，可 以提高能量的利用率。
提高能量的利
用率　
解析：通入催化剂层后，体系（剩余反应物与生成物）温度升高的原 因是二氧化硫和氧气的反应是放热反应；每轮反应后进行热交换降温 的目的是及时分离出三氧化硫并充分利用能量。
二氧化硫和氧气的反应是放热反应　
及时分离出三氧化硫并充分利
用能量　
（4）关于四轮反应，说法正确的是 。
a.这一流程保证了在反应速率较大的情况下，转化率尽可能大
b.这一流程使这一反应最终达到平衡转化率
c.这一流程节约了能源
解析：由题目信息可知，四轮反应保证了在反应速率较大的情况下， 转化率尽可能大，a正确；由题目信息可知，四轮反应使反应转化率 衡转化率，b错误；四轮反应中，每轮反应后进行热交换降 温，节约了能源，c正确。
ac　
（5）如图是吸收三氧化硫时浓硫酸浓度、温度对吸收率影响曲线， 读图可知，最适合吸收三氧化硫的浓硫酸质量分数为 ，最 适合吸收的温度为 。
解析：读图可知，最适合吸收三氧化硫的浓硫酸质量分数为98.3％， 最适合吸收的温度为60 ℃。
98.3％　
60 ℃　
课时跟踪检测
一、选择题（本题包括11个小题，每小题只有一个选项符合题意）
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A. 合成氨一般选择400～500 ℃的原因主要考虑了温度对速率的影响
B. 将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速 率
C. 增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20 MPa以节省 设备成本
D. 由于N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉
√
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解析：合成氨选择400～500 ℃，既考虑温度对速率的影响（加快反应速率），也考虑催化剂（铁触媒）的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑温度对速率的影响，A错误；将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低，反应速率会减慢，而不是加快，B错误；增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20 MPa可节省设备成本，C正确；直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误。
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2. 下列说法正确的是（　　）
A. ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
B. 因为焓变和熵变都与反应自发性有关，因此焓变或熵变均可单独 作为反应自发性的判据
D. 化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
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3. 下列说法正确的是（　　）
A. 对于同一物质在不同状态时的熵值：气态＜液态＜固态
C. ΔH＜0、ΔS＞0的反应在低温时不能自发进行
D. 在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂不能改变化学反应进 行的方向
√
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A. 低温低压 B. 低温高压
C. 高温高压 D. 高温低压
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5. （2025·浙江绍兴模拟预测）工业上通过高温煅烧焦炭与SrSO4 （硫酸锶）混合物，并通入一定量的空气，采用反应一或反应二制备 SrS（s）：
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下列说法正确的是（　　）
随温度升高，反应产物种类、物质的量的变化如图所示：
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A. ΔH1＝－226.2 kJ·mol－1
B. 800 ℃时，反应二的平衡常数K＜1
D. 通入空气的作用只是利用CO和O2反应放出的热量为制备过程供能
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6. （2025·浙江湖州、衢州、丽水三地模拟）一定条件下，利用CO2 和H2可制得甲烷，实现资源综合利用。已知：
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A. 反应Ⅰ的ΔS＜0
B. 240 ℃时，其他条件不变，增大压强，CO2的转化率增大
C. 在260～300 ℃间，其他条件不变，升高温度，CH4的产率增大
D. 320 ℃时，CO2的转化率最大，可能的原因是反应Ⅰ和反应Ⅱ达到 了平衡状态
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解析：反应Ⅰ为吸热反应，ΔH1＞0，当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应可自发进行，故该反应ΔS＞0，A项错误；240 ℃时，其他条件不变，增大压强，反应Ⅰ平衡不移动，反应Ⅱ平衡正向移动，CO2的转化率增大，B项正确；在260～300 ℃间，其他条件不变，升高温度，CH4的选择性变化不大，CO2的转化率逐渐增大，说明反应Ⅱ平衡正向移动，CH4的产率增大，C项正确；320 ℃时，CO2的转化率最大，随后转化率降低，可能的原因是温度过高，导致催化剂失去活性，也可能是反应达到了平衡状态，D项正确。
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7. 关于化学反应进行的方向叙述正确的是（　　）
B. ΔH＜0，ΔS＞0时，反应可以自发进行，例如Ba（OH）2固体与 NH4Cl固体混合
D. 因为ΔH和ΔS都与反应的自发性有关，因此ΔH或ΔS均可单独做为 判断自发性的判据
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解析：A项，催化剂可以改变反应速率，不能改变平衡的移动不改变物质产率、不能改变反应能否自发的事实，错误；B项，Ba（OH）2固体与NH4Cl固体混合反应为吸热反应，反应焓变大于零，错误；C项，常温下氢氧化亚铁在空气中迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，说明该反应为自发反应，反应为熵减的反应，自发反应须为ΔH－TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，正确；D项，因为ΔH和ΔS都与反应的自发性有关， ΔH或ΔS结合，当ΔH－TΔS＜0时反应可自发进行，错误。
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8. 合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的 生产流程如下：
关于合成氨工业的说法中不正确的是（　　）
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A. 混合气进行循环利用遵循绿色化学思想
B. 合成氨反应须在低温下进行
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、催化剂的活性较高、产物的产率又不低，则选择适宜的温度即可，不能在低温下进行，B错误。
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9. （2025·台州模拟）硝酸生产中，500 ℃时，NH3和O2可能发生如 下反应：

ΔH＝－1 269.02 kJ·mol－1　K＝7.1×1034
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其中，②、③是副反应。若要减少副反应，提高单位时间内NO的产 率，最合理的措施是（　　）
A. 增大O2浓度 B. 使用合适的催化剂
C. 减小压强 D. 降低温度
√
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解析：增大O2浓度，氧气过量时与NO反应生成NO2，则NO的产率减小，A错误；使用合适的催化剂，能增大反应速率，提高NO的选择性，从而提高NO的产率，B正确；减小压强，反应速率减小，NO的产率减小，C错误；降低温度，反应速率减小，NO的产率减小，D错误。
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10. 恒容绝热的密闭容器中充入反应物，在一定条件下分别发生四个 不同的反应，平衡常数与压强随反应进行变化情况合理，且在高温下 能自发进行的是（　　）
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解析：A　若为吸热反应，ΔH＞0，随着反应进行，温度降低，K减 小；p增大，说明气体物质的量增多，ΔS＞0，因此高温下能自发进 行，p减小，反应不能自发进行。若为放热反应，ΔH＜0，随着反应 进行，温度升高，K减小；p增大，任何条件下都能自发进行，p减 小，低温下能自发进行。
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11. 下列对化学反应预测正确的是（　　）
选项 化学反应方程式 已知条件 预测
A ΔH＞0 它一定是非 自发反应
B ΔH＜0，自发 反应 x可以等于3
√
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C 自发反应 ΔH一定小 于0
D 常温下，自发 进行 ΔH＞0
解析：由方程式可知，该反应为熵增的吸热反应，高温条件下，ΔH－TΔS小于0，能自发进行，A错误；若x等于3，该反应为熵减的放热反应，低温条件下ΔH－TΔS小于0，能自发进行，B正确；由方程式可知，该反应为熵增的反应，反应能自发进行，说明ΔH－TΔS小于0，则反应的焓变可以大于0，也可以小于0，C错误；由方程式可知，该反应为熵减的反应，反应能自发进行，说明ΔH－TΔS小于0，则反应的焓变小于0，D错误。
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二、非选择题（本题包括1个小题）
12. （2025·台州模拟）回答下列问题：
任何温度下都能自发，是因为
ΔH＜0，ΔS＞0　
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（2）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易 储运，可通过氨热分解法制氢气。
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：
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解析：ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据热化学方程式 以及表格中数据可得ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－（946 kJ·mol－1＋ 436.0 kJ·mol－1×3）＝＋90.8 kJ·mol－1。
＋90.8　
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解析：若反应能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，代入数据，ΔG＝ ΔH－TΔS＝90.8×103 J·mol－1－T×198.9 J·mol－1·K－1＜0，则T＞ 456.5 K，转化成摄氏温度，则T＞183.5 ℃。
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　
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