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第44讲　化学反应的方向与调控〔基础课〕
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
必备知识 · 助学教材
1.自发反应
在一定条件下，无外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变
(1)熵是度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。
(2)影响熵大小的因素
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。
(3)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
　　　　　化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
[微思考1]　下列对熵的理解正确的是________(填序号)。
①等质量的同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小
②体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大
③与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵增大
④25 ℃、＋O2(g)是熵减反应
3．判断化学反应方向的判据：ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0时，反应能自发进行；
ΔG＝0时，反应____________；
ΔG>0时，反应________自发进行。
[微思考2]　已知：ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只取决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。
(1)600 ℃时，下图中的反应能自发进行的是________(填序号)。
(2)反应TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)______(填“能”或“不能”)自发进行。
关键能力 · 拓展教材
1.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)]＜S[H2O(g)]
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
2．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO 2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
3．在C和O2的反应体系中
反应①：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－394 kJ·mol-1
反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566 kJ·mol-1
反应③：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH3
设y＝ΔH－TΔS，反应①②和③的y随温度T的变化关系如图所示。图中对应反应③的线条是________。
考点二　化学反应的调控——工业合成氨
必备知识 · 助学教材
1.控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以________化学反应速率，________反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，可以________化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
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________、溶液的浓度、气体的________(或浓度)、固体的________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、气体压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
例如，以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件。
①反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
3．理论分析(以工业合成氨为例分析)
(1)合成氨反应的特点
条件 提高反应速率 提高平衡转化率
压强 ________ ________
温度 ________ ________
催化剂 ________ ________
浓度 增大氮气或氢气的浓度 降低氨气的浓度
(2)生产条件的选择
影响因素 适宜条件
温度 反应温度控制在________ ℃
压强 10 MPa～30 MPa
催化剂 选择________作催化剂
浓度 ①N2、H2投料比为1∶2.8；②氨及时从混合气中分离出去；③将NH3分离后的原料气________
(3)简要生产流程
①原料气的制取
　　　将空气液化、蒸发分离出N2。
N2：液化空气法；空气与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。如用煤和水制H2的主要反应为
C＋H2O(g)________，
CO＋H2O(g)________。
②原料气的净化：制得的N2、H2需干燥、净化，再用压缩机压缩至高压。
③氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。
④氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来。
为提高原料的利用率，将分离出氨后的N2和H2循环利用。
[微思考]　在一定温度和压强下，反应物氮气和氢气的体积比为1∶3时，平衡混合物中氨的含量最高，为何实际投料比为1∶2.8
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
关键能力 · 拓展教材
一、工业合成氨适宜条件选择
1．(2025·福建宁德区域性学业检测)关于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－57.3 kJ·mol-1，下列说法不正确的是(　　)
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
二、综合分析其他工业生产的适宜条件
2．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH<0。
(1)必须除去原料气中CO的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的适宜生产条件应是__________________。
(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的适宜生产条件应是_________________。
3．“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H8(g) 4C3H6(g)
副反应：C4H8(g) 2C2H4(g)
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(ω)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：
(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填标号)。
A．300 ℃、0.1 MPa　　B．700 ℃、0.1 MPa　
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
归纳总结
工业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，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本；循环操作
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压的能力等
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
素养落实·活用教材
考教互应　命题溯源悟真谛——考教衔接突出创新性应用性
命题溯源
[示例]　(2024·浙江6月卷，11)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：
Ⅰ.C2H6(g)＋CO2(g) C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)　ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g) 4CO(g)＋3H2(g)　ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2，不同温度下，测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据如表所示，下列说法不正确的是(　　)
温度/℃ 400 500 600
乙烷转化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性/% 92.6 80.0 61.8
注：乙烯选择性＝×100%
A．反应活化能：Ⅰ<Ⅱ
B．500 ℃时，0～5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)＝2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C．其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)，可提高乙烯的产率
D．其他条件不变，增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料，平衡后可提高乙烷转化率
[试题立意]　本题以二氧化碳氧化乙烷制备乙烯的两个可逆反应为研究对象，兼顾对化学反应速率和化学平衡两方面内容的考查。与《普通高中化学课程标准》学业质量水平4“能运用化学反应速率、化学平衡等理论模型，从调控化学反应速率、提高物质转化率等方面综合分析反应条件，设计优化反应条件的方案，提出有效调控反应条件的措施”的要求吻合。
[关键能力]　由题表可知，相同温度下，乙烷在发生转化时，反应Ⅰ更易发生，则反应活化能Ⅰ<Ⅱ，A正确；由题表可知，500 ℃时，乙烷的转化率为9.0%，可得转化的乙烷的总物质的量为2 mol×9.0%＝0.18 mol，而此温度下乙烯的选择性为80.0%，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18 mol×80%＝0.144 mol，根据方程式可得，生成乙烯的物质的量为0.144 mol，则0～5 min反应Ⅰ的平均速率v(C2H4)＝B正确；其他条件不变，平衡后及时移除反应Ⅰ正向移动，可提高乙烯的产率，C正确；其他条件不变，增大投料比投料，平衡后CO2转化率提高，C2H6本身的转化率降低，D错误。
[考教衔接]　此类试题考查角度：基于数据的结论辨析、数据的原因分析、数据的目的判断、数据的规律提炼、数据的定量计算以及数据的实验探究。
真题体验
1.(2025·浙江1月卷，11)下列说法正确的是(　　)
A．常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象，则反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)在该条件下不自发
B．3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g)　ΔH＜0，升高温度，平衡逆移，则反应的平衡常数减小
C．CO(g)＋H2(g) C(s)＋H2O(g)　ΔH＜0，则正反应的活化能大于逆反应的活化能
D．Na(s)＋＋Cl－(g)===NaCl(s)　ΔH＜0，则Na(s)＋Cl2(g)===Na＋(g)＋Cl－(g)　ΔH＜0
2．(2025·湖南卷，18节选)在反应器中，发生如下反应：
反应ⅰ：2C2H4(g) C4H8(g)
ΔH1＝－104.7 kJ· mol-1
反应ⅱ：2C2H4(g)＋H2(g) C4H10(g)　ΔH2＝－230.7 kJ· mol-1
计算反应C4H8(g)＋H2(g) C4H10(g)的ΔH＝______kJ·mol-1，该反应______(填标号)。
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
3．(2025·陕晋宁青卷，17节选)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ· mol-1
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ· mol-1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH3＝＋41 kJ· mol-1
提高CH4平衡产率的条件是________。
A．高温高压 B．低温高压
C．高温低压 D．低温低压
提示：完成课时作业(四十四)
第44讲　化学反应的方向与调控 〔基础课〕
考点一　化学反应的方向
必备知识·助学教材
2．(2)②＞　＞
[微思考1]　提示：①②③
3．处于平衡状态　不能
[微思考2]　提示：(1)②③　(2)能
关键能力·拓展教材
1．解析：物质聚集状态不同熵值不同，一般情况下，等质量同种物质的熵值：气体＞液体＞固体，故1 mol H2O在不同状态时的熵值S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]，A正确；CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，ΔS＞0，能否自发进行与温度有关，B正确；反应自发只能说明ΔH－TΔS＜0，不能说明ΔH和ΔS的变化相同，C错误；反应物有4 mol固态物质、2 mol液态物质、1 mol气态物质，生成物只有固态物质，ΔS＜0，若该反应能自发进行，即令ΔH－TΔS＜0，则ΔH必须小于0，D正确。
答案：C
2．答案：(1)不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，ΔG＝ΔH－TΔS恒大于0，反应不可能自发进行　(2)＜　该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0　(3)高温
3．解析：由2×反应①－反应②可得反应③，结合盖斯定律得ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222 kJ·mol-1，反应①前后气体分子数不变ΔS≈0，升温y值不变，对应线条b；反应②是气体分子数减少的反应，ΔS<0，升温y值增大，对应线条c；反应③，ΔS>0，升温y值减小，对应线条a。
答案：a
考点二　化学反应的调控——工业合成氨
必备知识·助学教材
1．(1)加快　提高　(2)减缓
2．(1)温度　压强　表面积　(2)②放热　减少　③升高　增大　催化剂　增大　降低
3．(1)高压　高压　高温　低温　使用　无影响　(2)400～500　铁触媒　循环使用　(3)①CO＋H2　CO2＋H2
[微思考]　提示：氮气在催化剂上的吸附为合成氨催化历程中最慢的步骤，也是影响反应速率的关键步骤。实验表明，适当提高氮气的比例，使氮气和氢气的体积比为1∶2.8时，能加快合成氨反应的进行。
关键能力·拓展教材
1．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)正反应放热，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以及保持催化剂活性最大，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。
答案：C
2．解析：合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒(催化性衰退或丧失的现象)的物质。题中指出在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是能使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得吸收CO的反应是正反应气体体积减小的放热反应，因此为了使CO尽可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动；要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故采取低压、高温的办法。
答案：(1)防止CO使催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压
3．解析：(1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故温度选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故压强选择0.5 MPa。综上，控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃时副反应中丁烯转化成乙烯的转化率大于主反应中丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达到最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。
答案：(1)C　(2)300 ℃下反应速率慢，700 ℃下副反应中丁烯转化成乙烯的转化率大于主反应中丁烯转化成丙烯的转化率
素养落实·活用教材
命题溯源
[示例]　答案：D
真题体验
1．解析：根据ΔG＝ΔH－TΔS，该反应ΔH<0、ΔS<0，故低温能自发进行，但反应自发不代表不需要反应条件，A错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，B正确；该反应为放热反应，则E正－E逆<0，即正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误；设题给3个反应分别为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，对应的焓变分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，反应Ⅲ＝反应Ⅰ－反应Ⅱ，根据盖斯定律，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，ΔH1和ΔH2的相对大小未知，则无法确定ΔH3是否小于0，D错误。
答案：B
2．解析：根据盖斯定律，反应ⅱ－反应ⅰ即可得到目标反应，则ΔH＝－230.7 kJ·mol-1－(－104.7 kJ·mol-1)＝－126 kJ·mol-1，即该反应是熵减的放热反应，依据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行，则该反应低温下自发进行。
答案：－126　B
3．解析：已知反应Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ· mol-1为放热反应，要提高CH4平衡产率，要使平衡正向移动。高温会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，A错误；低温使平衡正向移动，高压也使平衡正向移动，可提高CH4平衡产率，B正确；高温会使平衡逆向移动，低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，C错误；低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，D错误。
答案：B(共89张PPT)
第44讲　化学反应的方向与调控〔基础课〕
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。
必备知识 · 助学教材
1.自发反应
在一定条件下，无外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变
(1)熵是度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。
(2)影响熵大小的因素
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。
(3)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
　　　　　 化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
＞
＞
①②③
3．判断化学反应方向的判据：ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0时，反应能自发进行；
ΔG＝0时，反应____________；
ΔG>0时，反应______自发进行。
处于平衡状态
不能
[微思考2]　已知：ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只取决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。
(1)600 ℃时，下图中的反应能自发进行的是______ (填序号)。
(2)反应TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)______(填“能”或“不能”)自发进行。
②③
能
关键能力 · 拓展教材
1.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)]＜S[H2O(g)]
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
答案：C
解析：物质聚集状态不同熵值不同，一般情况下，等质量同种物质的熵值：气体＞液体＞固体，故1 mol H2O在不同状态时的熵值S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]，A正确；CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，ΔS＞0，能否自发进行与温度有关，B正确；反应自发只能说明ΔH－TΔS＜0，不能说明ΔH和ΔS的变化相同，C错误；反应物有4 mol固态物质、2 mol液态物质、1 mol气态物质，生成物只有固态物质，ΔS＜0，若该反应能自发进行，即令ΔH－TΔS＜0，则ΔH必须小于0，D正确。
2．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：
不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，ΔG＝ΔH－TΔS恒大于0，反应不可能自发进行
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO 2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH_____(填“＞”“＜”或“＝”)0，理由是
__________________________________________________________。
(3)已知CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
＜
该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0
高温
3．在C和O2的反应体系中
反应①：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－394 kJ·mol-1
反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566 kJ·mol-1
反应③：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH3
设y＝ΔH－TΔS，反应①②和③的y随温度T的变化关系如图所示。图中对应反应③的线条是____。
a
解析：由2×反应①－反应②可得反应③，结合盖斯定律得ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222 kJ·mol-1，反应①前后气体分子数不变ΔS≈0，升温y值不变，对应线条b；反应②是气体分子数减少的反应，ΔS<0，升温y值增大，对应线条c；反应③，ΔS>0，升温y值减小，对应线条a。
必备知识 · 助学教材
1.控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以________化学反应速率，________反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，可以________化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
加快
提高
减缓
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________、溶液的浓度、气体的________(或浓度)、固体的________以及使用催化剂等途径调控反应速率。
表面积
温度
压强
(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、气体压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
例如，以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件。
①反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
减少
放热
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
　　　　
升高
增大
催化剂
增大
降低
3．理论分析(以工业合成氨为例分析)
(1)合成氨反应的特点
条件 提高反应速率 提高平衡转化率
压强 ________ ________
温度 ________ ________
催化剂 ________ ________
浓度 增大氮气或氢气的浓度 降低氨气的浓度
　　　　　
高压
高压
高温
低温
使用
无影响
(2)生产条件的选择
影响因素 适宜条件
温度 反应温度控制在________ ℃
压强 10 MPa～30 MPa
催化剂 选择________作催化剂
浓度 ①N2、H2投料比为1∶2.8；②氨及时从混合气中分离出去；③将NH3分离后的原料气________
400～500
铁触媒
循环使用
(3)简要生产流程
①原料气的制取
　　　 将空气液化、蒸发分离出N2。
N2：液化空气法；空气与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
CO＋H2
CO2＋H2
②原料气的净化：制得的N2、H2需干燥、净化，再用压缩机压缩至高压。
③氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。
④氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来。
为提高原料的利用率，将分离出氨后的N2和H2循环利用。
[微思考]　在一定温度和压强下，反应物氮气和氢气的体积比为1∶3时，平衡混合物中氨的含量最高，为何实际投料比为1∶2.8
提示：氮气在催化剂上的吸附为合成氨催化历程中最慢的步骤，也是影响反应速率的关键步骤。实验表明，适当提高氮气的比例，使氮气和氢气的体积比为1∶2.8时，能加快合成氨反应的进行。
关键能力 · 拓展教材
一、工业合成氨适宜条件选择
1．(2025·福建宁德区域性学业检测)关于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－57.3 kJ·mol-1，下列说法不正确的是(　　)
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
答案：C
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)正反应放热，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以及保持催化剂活性最大，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。
二、综合分析其他工业生产的适宜条件
2．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH<0。
(1)必须除去原料气中CO的原因是__________________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的适宜生产条件应是___________。
(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的适宜生产条件应是_________________。
防止CO使催化剂中毒
低温、高压
高温、低压
解析：合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒(催化性衰退或丧失的现象)的物质。题中指出在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是能使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得吸收CO的反应是正反应气体体积减小的放热反应，因此为了使CO尽可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动；要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故采取低压、高温的办法。
3．“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H8(g) 4C3H6(g)
副反应：C4H8(g) 2C2H4(g)
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(ω)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：
(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择____ (填标号)。
A．300 ℃、0.1 MPa　　 B．700 ℃、0.1 MPa　
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
C
(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是
300 ℃下反应速率慢，700 ℃下副反应中丁烯转化成乙烯的转化率大于主反应中丁烯转化成丙烯的转化率
归纳总结
工业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，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本；循环操作
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压的能力等
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
命题溯源
[示例]　(2024·浙江6月卷，11)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：
Ⅰ.C2H6(g)＋CO2(g) C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)　ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g) 4CO(g)＋3H2(g)　ΔH2>0
温度/℃ 400 500 600
乙烷转化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性/% 92.6 80.0 61.8
下列说法不正确的是(　　)
A．反应活化能：Ⅰ<Ⅱ
B．500 ℃时，0～5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)＝2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C．其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)，可提高乙烯的产率
D．其他条件不变，增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料，平衡后可提高乙烷转化率
答案：D
[试题立意]　本题以二氧化碳氧化乙烷制备乙烯的两个可逆反应为研究对象，兼顾对化学反应速率和化学平衡两方面内容的考查。与《普通高中化学课程标准》学业质量水平4“能运用化学反应速率、化学平衡等理论模型，从调控化学反应速率、提高物质转化率等方面综合分析反应条件，设计优化反应条件的方案，提出有效调控反应条件的措施”的要求吻合。
[考教衔接]　此类试题考查角度：基于数据的结论辨析、数据的原因分析、数据的目的判断、数据的规律提炼、数据的定量计算以及数据的实验探究。
答案：B
解析：根据ΔG＝ΔH－TΔS，该反应ΔH<0、ΔS<0，故低温能自发进行，但反应自发不代表不需要反应条件，A错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，B正确；该反应为放热反应，则E正－E逆<0，即正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误；设题给3个反应分别为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，对应的焓变分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，反应Ⅲ＝反应Ⅰ－反应Ⅱ，根据盖斯定律，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，ΔH1和ΔH2的相对大小未知，则无法确定ΔH3是否小于0，D错误。
2．(2025·湖南卷，18节选)在反应器中，发生如下反应：
反应ⅰ：2C2H4(g) C4H8(g)
ΔH1＝－104.7 kJ· mol-1
反应ⅱ：2C2H4(g)＋H2(g) C4H10(g)　ΔH2＝－230.7 kJ· mol-1
计算反应C4H8(g)＋H2(g) C4H10(g)的ΔH＝______kJ·mol-1，该反应______(填标号)。
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
－126
B
解析：根据盖斯定律，反应ⅱ－反应ⅰ即可得到目标反应，则ΔH＝－230.7 kJ·mol-1－(－104.7 kJ·mol-1)＝－126 kJ·mol-1，即该反应是熵减的放热反应，依据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行，则该反应低温下自发进行。
3．(2025·陕晋宁青卷，17节选)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ· mol-1
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ· mol-1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH3＝＋41 kJ· mol-1
提高CH4平衡产率的条件是________。
A．高温高压 B．低温高压
C．高温低压 D．低温低压
B
解析：已知反应Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ· mol-1为放热反应，要提高CH4平衡产率，要使平衡正向移动。高温会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，A错误；低温使平衡正向移动，高压也使平衡正向移动，可提高CH4平衡产率，B正确；高温会使平衡逆向移动，低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，C错误；低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，D错误。

答案：D
解析：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。
2．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(　　)
答案：A
解析：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。
3．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
答案：C
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的反应速率快慢，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。
4．已知：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程如图所示(部分产物略去)。下列叙述错误的是(　　)
A．N2与H2的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好
B．利用物质的沸点不同分离空气
C．在高压的条件下更有利于尿素的合成
D．煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
答案：A
解析：温度越低，化学反应速率越慢，从而降低产率，故合成工艺中要选择合适的温度，A错误；利用物质的沸点不同将空气分离，B正确；根据反应方程式为2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)，该反应是气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，所以从提高产率角度来说，在高压的条件下反应更有利于尿素的合成，C正确；煤与氧气发生氧化反应放热，放出的热量可提供给合成氨工艺，D正确。
5．(2026·武汉二中检测)工业上以黄铁矿(主要成分FeS2)为原料生产硫酸的主要流程如下。
已知：步骤Ⅱ中SO2的平衡转化率随温度和压强的变化情况如下表。
温度/℃ 平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
下列说法错误的是(　　)
A．步骤Ⅰ中出炉气需净化，能防止步骤Ⅱ中催化剂中毒
B．步骤Ⅱ中通入过量的空气，目的是提高SO2的平衡转化率
C．步骤Ⅱ实际生产中应选择450 ℃和10 MPa
D．步骤Ⅲ中吸收塔内常采用逆流喷淋式，提高SO3的吸收效率
答案：C
解析：步骤Ⅰ中产生的二氧化硫不纯，含有杂质，因此步骤Ⅰ中出炉气需净化，能防止步骤Ⅱ中催化剂中毒，故A正确；步骤Ⅱ中通入过量的空气，目的是提供足够的氧气，使平衡正向移动，提高SO2的平衡转化率，故B正确；根据表格数据，450 ℃和10 MPa 时SO2的转化率最高，但压强由1 MPa升高到10 MPa二氧化硫的转化率提升并不明显，因此实际生产中需要考虑成本和设备承受能力，通常选择450 ℃和0.1 MPa，故C错误；步骤Ⅲ中吸收塔内常采用逆流喷淋式，逆流喷淋可以增加气液接触面积，提高SO3的吸收效率，故D正确。
下列说法正确的是(　　)
A．温度越高，反应速率越大
B．α＝0.88的曲线代表平衡转化率
C．α越大，反应速率最大值对应温度越高
D．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
答案：D
解析：根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，A错误；从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快，但在转化率小于88%时的反应速率图像并没有给出，无法判断α＝0.88的条件下是平衡转化率，B错误；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，C错误；从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗，D正确。
回答下列问题：
(1)ΔS________0(填“>”或“<”)；T3＝________℃。
(2)下列措施可提高M点HCl转化率的是________(填标号)
A．增大HCl的流速
B．将温度升高40 ℃
C．增大n(HCl)∶n(O2)
D．使用更高效的催化剂
＜
360
BD
(3)图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是
流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低
(3)图中在较高流速下，T3温度下的转化率低于温度较高的T1和T2，主要是流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低。
8．硅是大数据时代的关键材料。工业上常在1 800～2 000 ℃时，用碳单质还原的方法制取单质硅。涉及反应的相关数据如表所示。
反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1)
反应(1)：SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g) ＋687.27 359.04
反应(2)：SiO2(s)＋C(s)===Si(s)＋CO2(g) ＋514.85 183.35
下列说法正确的是(　　)
A.反应(1)可证明Si的还原性大于C
B．生活中利用单晶硅良好的导光性能作光导纤维
C．工业生产条件下反应(2)无法自发进行
D．C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝－172.42 kJ·mol-1
答案：C
解析：反应(1)：SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)，C元素化合价升高，C作还原剂，Si是还原产物，还原剂的还原性比还原产物的强，则C的还原性大于Si，A错误；单晶硅是良好的半导体材料，SiO2具有导光性能，可作光导纤维，B错误；反应若要自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，对反应(2)：ΔG＝(＋514.85－T×183.35×10-3)kJ·mol-1<0，T>2 808 K(2 808－273＝2 535 ℃)，则反应(2)在工业1 800～2 000 ℃生产条件下无法自发进行，C正确；由盖斯定律，反应(1)－反应(2)得到C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.42 kJ·mol-1，D错误。
9．(2026·山西大学附中等校联考)一定温度下，将体积比为2∶1的C2H4、H2按一定流速进入装有催化剂的恒容容器(入口压强为100 kPa)发生反应：
ⅰ.2C2H4(g) C4H8(g)　ΔH1＝－104.7 kJ·mol-1
ⅱ.2C2H4(g)＋H2(g) C4H10(g)　ΔH2＝－230.7 kJ·mol-1
反应的进程如下图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.根据图示，反应*C2H5＋*C2H4―→*C4H9是生成C4H10的决速步骤
B．分析图示可知，C4H8(g)选择性低
C．反应ⅱ在高温条件下自发
D．若减小入口压强，则反应速率减慢，C2H4转化率降低
答案：C
解析：决速步骤是反应历程中活化能最大的步骤。生成C4H10的路径中，*C2H5＋*C2H4―→*C4H9对应的过渡态TSⅡ能垒最高，活化能最大，故为决速步骤，A正确；图示显示生成C4H10的反应路径活化能更低，更易发生，导致C4H8的生成占比小，选择性低，B正确；反应ⅱ的ΔH2＝－230.7 kJ·mol-1(ΔH<0)，气体分子数减少(ΔS<0)，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔH<0、ΔS<0时，高温下反应不自发，C错误；减小入口压强，气体浓度降低，反应速率减慢；反应ⅰ、ⅱ均为气体分子数减少的反应，减小压强平衡逆向移动，C2H4转化率降低，D正确。
10．(2026·山东青岛一中检测)工业上可用“氨催化氧化法”生产NO，以氨气、氧气为原料，在Pt-Rh合金催化剂存在下生成NO和副产物N2的两个竞争反应化学方程式如下：
Ⅰ.4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)
Ⅱ.4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)
下列说法不正确的是(　　)
A．400 ℃时，主要发生反应Ⅱ
B．由图分析工业上用氨催化氧化制备HNO3，最佳温度约为840 ℃
C．520 ℃时，NH3的有效转化率约为33%
D．反应器内存在n(NO)＋2n(N2)＝1 mol
答案：D
11．(10分)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，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)________(填“高”或“低”，下同)温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，我国科学家提出了解决方案。
能
高
低
(3)M－LiH复合催化剂。
下列说法正确的是________(填标号)。
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
(4)某合成氨速率方程为v＝k·cα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝________；
实验 c(N2)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1) c(NH3)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
－1
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为______(填标号)。
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
a
解析：(4)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。
12．(7分)(2025·湖南卷，18节选)在反应容器中，发生如下反应，反应ⅰ：2C2H4(g) C4H8(g)　ΔH＝－104.7 kJ·mol-1，反应ⅱ：2C2H4(g)＋H2(g) C4H10(g)　ΔH2＝－230.7 kJ·mol-1。一定温度下，CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ，有CO存在时，反应ⅱ的反应进程如图甲所示。
①根据图甲，写出生成C4H10的决速步反应式___________________；C4H10的选择性大于C4H8的原因是
____________________________________。
②结合图乙，当x≥2时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡，随着x的增大，C2H4的转化率减小的原因是
*C2H5＋*C2H4===*C4H9
由C4H9生成C4H8时，活化能较大，反应速率慢
随着x的增大，CO的分压增大，对于反应ⅰ和反应ⅱ相当于减压，反应ⅰ和反应ⅱ平衡均逆向移动，所以C2H4的转化率减小
13．(8分)(2025·黑吉辽内蒙古卷，18节选)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。
1.98
Ⅰ
Ⅳ
BD
解析：(1)根据题图，随着反应的温度升高Ⅰ曲线的变化趋势为上升后逐渐平衡，此时说明DMO的转化率趋于恒定，故Ⅰ曲线为DMO的实际转化率曲线；又已知Ⅱ为乙二醇的选择性曲线，观察曲线Ⅱ和曲线Ⅳ可知，随着反应的进行MG逐渐转化为乙二醇，故曲线Ⅳ为MG的选择性曲线，因此曲线Ⅲ为乙醇的选择性曲线。(2)根据图示，降低温度，DMO的转化率降低，A不符合题意；增大压强，反应体系中单位体积内的活化分子数增加，化学反应速率加快，DMO的转化率增大，B符合题意；

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