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第29课　化学反应的方向与调控
第八章　化学反应速率与化学平衡
课标要求:
1.了解焓判据的基本内容,了解熵变与焓变这两个因素对化学反应的共同影响,了解定量判断化学反应方向的关系式:ΔG=ΔH-TΔS。
2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法,体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。
3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用,分析合成氨的适宜条件。
真题特征导引
知动态 熟真题 明确与熟知课时命题特征
真题特征导引
B
真题特征导引
真题特征导引
2.[2025·广东真题节选] 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】 反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) ===TiCl4(g)+2CO(g)的 ΔH<0、ΔS>0,则根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应能自发进行可知,该反应在298 K下能自发进行。
　能　
真题特征导引
3.[2025·湖北真题] CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) ===Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s)　ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) ===2Ca(OH)2(s)+3Fe(s)　ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) ===3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3=________kJ·mol-1(用m和n表示)。

真题特征导引
　d　
　Ⅰ　
真题特征导引
(4)研究发现CaH2(s)对Fe2O3(s)的还原性主要来自其产生的H2。一般认为H2在Fe2O3表面被氧化成H2O有两种可能途径,图2是理论计算得到的相对能量变化图,据此推测途径______ (填“a”或“b”)是主要途径。
(5)CaH2(s)产生H2的可能反应:①CaH2(s) ===Ca(s)+H2(g)或②
　a　
真题特征导引
　②　
　将CaH2(s)放在不含水的N2气流中加热升温,看固体质量是否在减小　
　CaH2(s)消耗H2O(g)同时产生H2(g),H2O(g)的浓度减小,H2(g)
真题特征导引
______________________________________________________________
________________。
【解析】 (1)①CaH2(s)+6Fe2O3(s) ===Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s)　ΔH1=m kJ·mol-1
②2CaH2(s)+Fe3O4(s) ===2Ca(OH)2(s)+3Fe(s)
ΔH2=n kJ·mol-1
③3CaH2(s)+2Fe2O3(s) ===3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)　ΔH3
真题特征导引
真题特征导引
课标要点探究
明要点 知通法
具备学科优秀思维能力
课标要点一　化学反应的方向
1.自发过程
自然界中有一些过程是自发进行的,而且是有___________的。例如,水总是自发地从高处流向低处,而相反的过程却不能自发进行。
2.自发反应
有些化学反应也是自发进行的,而且具有____________。
　方向性　
　方向性　
课标要点一　化学反应的方向
3.焓变与反应的方向
(1)放热反应过程中体系能量________,因此具有_________进行的倾向,科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向,这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有些吸热反应也可以自发进行,如
　降低　
　自发　
课标要点一　化学反应的方向
2N2O5(g) ===4NO2(g)+O2(g)
ΔH=+109.8 kJ·mol-1。
结论:只根据放热或吸热判断反应是否自发进行不全面。
课标要点一　化学反应的方向
4.熵变与反应的方向
(1)熵、熵变的概念
(2)熵值大小
①体系的熵值:体系的___________越大,体系的熵值就________。
②同一物质的熵值:S(g)_____ S(l)_____S(s),同一条件下,不同物质的熵值不同。
混乱程度
S
ΔS
　混乱程度　
　越大　
　>　
　>　
课标要点一　化学反应的方向
(3)熵判据:体系有自发地向混乱度_________ (即________)的方向转变的倾向,因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应),如
Zn(s)+H2SO4(aq) ===ZnSO4(aq)+H2(g);
2KClO3(s) ===2KCl(s)+3O2(g)。
②有些熵减的反应也可以自发进行,如
　增加　
　熵增　
课标要点一　化学反应的方向
2NO(g)+2CO(g) ===N2(g)+2CO2(g);
4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l) ===4Fe(OH)3(s)。
结论:只根据熵增或熵减判断反应是否自发不全面。
课标要点一　化学反应的方向
5.自由能与化学反应的方向
(1)自由能
符号为G,单位为kJ·mol-1。
(2)自由能与焓变、熵变的关系
ΔG=_____________。ΔG不仅与焓变和熵变有关,还与________有关。
(3)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着_______________的方向进行,直到体系____________。
　ΔH-TΔS　
　温度　
　自由能减小　
　达到平衡　
课标要点一　化学反应的方向
①当ΔG<0时,反应_______________;
②当ΔG=0时,反应_________________;
③当ΔG>0时,反应_________________。
　能自发进行　
　处于平衡状态　
　不能自发进行　
课标要点一　化学反应的方向
课前诊断
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)在一定条件下,不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程。(　　)
(2)自发过程不需要任何条件就能发生。(　　)
(3)室温下冰变成水属于自发过程。 (　　)
(4)能自发进行的反应,反应速率一定很大。(　　)
√
×
√
×
课标要点一　化学反应的方向
　小于　
　大于　
　T<1 240 K　
课标要点一　化学反应的方向
课标要点一　化学反应的方向
命题探究
角度1　自发过程和自发反应
例1 下列不属于自发进行的变化是 (　　)
A.红墨水加入清水中使整杯水变红
B.蔗糖在水中溶解
C.水电解生成氢气和氧气
D.铁器在潮湿的空气中生锈
C
课标要点一　化学反应的方向
【解析】 红墨水浓度大于水,微粒向浓度低的方向扩散,是自发进行的物理过程,A不符合题意;蔗糖溶解是熵增过程,是自发进行的物理过程,B不符合题意;水电解生成氢气和氧气,是强制发生的氧化还原反应,不是自发进行的变化,C符合题意;铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化学腐蚀,是自发进行的化学过程,D不符合题意。
课标要点一　化学反应的方向
D
课标要点一　化学反应的方向
【解析】 由图可知,甲条件下体系压强先增大,后减小,说明正反应是放热反应,ΔH<0,反应前后气体分子数减小,ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发进行可知,该反应在较低温度下能自发进行,A项正确;曲线甲压强先增大后减小,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;在恒温恒容条件下,气体压强之比等于物质的量之比,设乙条件下b点时转化的O2的物质的量为x mol,根据三段式:
课标要点一　化学反应的方向
课标要点一　化学反应的方向
思维建模
反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响,复合判据ΔH-TΔS<0的反应不一定能够实际发生,只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势,还要考虑化学反应的快慢问题。
课标要点一　化学反应的方向
即时巩固
1.下列关于自发过程的叙述中,正确的是 (　　)
A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B.需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
C.非自发过程,改变温度也不能变为自发过程
D.能自发进行的反应不一定能迅速发生反应
D
课标要点一　化学反应的方向
【解析】 反应自发进行的判断依据是ΔH-TΔS<0,自发进行的反应也需要一定条件才可以发生,故A错误;有些自发进行的反应也需要反应条件,才能进行,如氢气和氧气反应需要点燃,故B错误;非自发过程,改变温度能使ΔH-TΔS<0时,变为自发过程,故C错误;有些自发进行的反应也需要达到一定的反应条件才能进行,故D正确。
课标要点一　化学反应的方向
2.CuOx-TiO2可用于低温下催化氧化HCHO:HCHO(g)+O2(g) CO2(g)+H2O(l)。下列关于CuOx-TiO2催化氧化甲醛的反应说法正确的是(　　)
A.该反应ΔH<0,ΔS<0
B.HCHO、CO2、H2O均为极性分子
C.升高温度,v逆增大,v正减小
D.使用CuOx-TiO2催化剂降低了该反应的焓变
A
课标要点一　化学反应的方向
【解析】 根据化学方程式可知,该反应的ΔS<0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应可自发进行,放热的熵减反应低温可自发进行,所以判断ΔH<0,A正确;CO2为直线形分子,属于非极性分子,B错误;升高温度,正逆反应速率均增大,C错误;催化剂可以改变反应活化能,不能改变反应焓变,D错误。
课标要点二　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
从化学反应速率分析 既不能过快,又不能太慢
从化学平衡移动分析 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
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料的浓度,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制
课标要点二　化学反应的调控
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途径调控反应速率。
(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)等改变可逆反应的限度,从而提高转化率。
课标要点二　化学反应的调控
对合成氨反应的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率 _____________________ _______ _______ 使用
提高平衡混合物中氨的含量 _______________________________ ______ ______ _______
增大反应物浓度
高温
高压
增大反应物浓度、减小生成物浓度
低温
高压
无影响
课标要点二　化学反应的调控
(2)实际工业合成氨反应的适宜条件
①压强:10 MPa30 MPa。
②温度:400500 ℃。
③催化剂:铁触媒。
④浓度:N2与H2按物质的量之比为1∶2.8投料。
课标要点二　化学反应的调控
课前诊断
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)在工业合成氨中,为增大H2的转化率,充入的N2越多越好。(　　)
(2)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应,在任何温度下都可自发进行。(　　)
(3)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去,可提高原料的利用率。(　　)
×
×
√
课标要点二　化学反应的调控
(4)在优化工业生产条件时,只需考虑经济性,不用考虑环保。(　　)
(5)合成氨反应选择在400~500 ℃进行的主要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大。(　　)
×
√
课标要点二　化学反应的调控
2.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图1所示。
(1)X的化学式为__________。
(2)图中条件选定的主要原因是_______ (填字母)。
A.温度、压强对化学平衡的影响
B.铁触媒在该温度时活性大
C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
　NH3　
　BC　
课标要点二　化学反应的调控
　c　
　a　
课标要点二　化学反应的调控
而且还可以适当提高化学反应速率,压强选择10 MPa~30 MPa是从化学平衡理论分析的,压强增大,平衡向生成NH3的方向移动,但不能过大,因为压强过大,对设备、材料的要求高,投资大,降低综合经济效益。
课标要点二　化学反应的调控
命题探究
角度1　合成氨反应适宜条件的选择
例1 [2026·萧山中学模拟] 氨是制造化肥的重要原料,下图为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是 (　　)
A.工业上制氮气一般用分离液态空气法
B.步骤②③④⑤均有利于提高反应物的平衡转化率
C.步骤①中“净化”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒
D.步骤③中温度选择500 ℃,主要是考虑催化剂的活性
B
课标要点二　化学反应的调控
【解析】 空气中氮气的体积分数约为78%,含量丰富,工业上制氮气一般用分离液态空气法,故A正确;步骤③中催化剂不改变化学平衡,反应物的平衡转化率不变,且合成氨的反应为放热反应,升温平衡逆向移动,反应物的平衡转化率减小,故B错误;为防止催化剂中毒,反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化,故C正确;步骤③中温度选择500 ℃,主要是考虑催化剂的活性,故D正确。
课标要点二　化学反应的调控
D
课标要点二　化学反应的调控
【解析】 高压条件对设备要求较高,会增加成本,A不正确;加入过量Y只能提高X的转化率,Y的转化率降低,B不正确;该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应物的转化率降低,C不正确;使用催化剂可降低反应的活化能,增大反应速率,可提高M的日产量,D正确。
课标要点二　化学反应的调控
思维建模
化学反应适宜条件选择的思维流程
课标要点二　化学反应的调控
C
课标要点二　化学反应的调控
【解析】 因为合成氨反应是可逆反应,所以不可能生成2 mol氨气,因此放出的热量小于92.4 kJ,A错误;平衡常数只与温度有关系,所以平衡状态由A变到B时,平衡常数不变,B错误;根据图像可知,增大压强,氮气的转化率增大,平衡向正反应方向移动,氢气转化率增大,C正确;升高温度,平衡向逆反应方向移动,合成氨工业中常采用400~500 ℃的高温,是因为催化剂在该温度下催化效率高,D错误。
课标要点二　化学反应的调控
2.一定条件下,1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成,反应如图1所示,反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图2所示(已知:反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)。
下列说法不正确的是(　　)
A.反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
B.反应焓变:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增大HCl的浓度不会改变平衡时产物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
B
课标要点二　化学反应的调控
【解析】 由图2可知,短时间内产物Ⅰ占比比产物Ⅱ多,说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率大,速率越大,其活化能越小,则反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,A正确;反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应,根据盖斯定律,反应Ⅱ也是放热反应,相同物质的量的反应物,反应Ⅰ放出的热量小于反应Ⅱ放出的热量,反应放出的热量越多,其焓变越小,因此反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ,B错误;由图2可知产物Ⅰ和产物Ⅱ可以相互转化,为可逆反应,则产物Ⅱ和产物Ⅰ的比值即该可逆反应的平衡常数K,由于平衡常数只与温度有关,所以增大HCl浓度,平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变,C正确;根据图2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,D正确。

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