專題04化學反應的方向和調控考點01化學反應的方向考點02化學反應的調控▉考點01化學反應的方向1．自發反應在一定條件下無需外界幫助就能自發進行的反應稱為自發反應。自發過程和自發反應的區別自發過程自發反應含義在一定條件下，不用借助外力，就能自發進行的過程在給定的條件下，可以自發進行到顯著程度的化學反應特征具有方向性，即過程的某個方向在一定條件下自發進行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發進行舉例高山流水，自由落體，冰雪融化鋼鐵生銹應用（1）可被用來完成有用功。如H2燃燒可設計成原電池。（2）非自發過程要想發生，必須對它做功。如通電將水分解為H2和O2【易錯警示】（1）不能認為自發反應都是不需要任何條件就能發生的，自發反應的“一定的條件”，可以是一定的溫度和壓強，可以是“點燃、光照、加熱、高溫”等給反應物提供能量的條件，“外界幫助”指通電、放電等，如氫氣的燃燒是自發的通過需點燃才能發生；也不能認為非自發反應在任何條件下都是不能發生的，如NaCl在通電條件可分解生成Na和Cl2。（2）不能認為自發反應應用普通，非自發反應沒有應用價值。將電能、熱能轉化為化學能的許多非自發反應是制備物質的重要反應，如電解法去冶煉鈉、鎂、鋁和制取氯氣等。（3）反應能否自發進行與反應速率無關。2．熵和熵變的含義熵定義度量體系混亂程度的物理量(體系的有序性越高，混亂度越低，熵值越小)符號S熵變定義物質發生變化時，體系的熵的變化符號ΔS意義混亂度增加的過程或反應為熵增，ΔS＞0；混亂度減小的過程或反應為熵減，ΔS＜0(產生氣體的反應和氣體物質的量增大的反應，熵變為正值ΔS＞0，是熵增反應)；化學反應的ΔS越大，越有利于反應自發進行3．自由能與化學反應的方向（1）自由能變化符號為ΔG，單位為kJ·mol－1。（2）自由能變化與焓變、熵變的關系ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不僅與焓變、熵變有關，還與溫度有關。（3）反應方向與自由能的關系ΔHΔSΔH－TΔS反應情況＜0＞0永遠是負值在任何溫度下過程均自發進行＞0＜0永遠是正值在任何溫度下過程均非自發進行＞0＞0低溫為正低溫時非自發高溫為負高溫時自發＜0＜0低溫為負低溫時自發高溫為正高溫時非自發4．判斷化學反應方向的判據（1）復合判據：ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0時，反應能自發進行；ΔG＝0時，反應處于平衡狀態；ΔG>0時，反應不能自發進行。（2）溫度對反應方向的影響▉考點02化學反應的調控1．合成氨反應的特點合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1自發性常溫(298K)下，ΔH－TΔS＜0，能自發進行可逆性反應為可逆反應焓變ΔH＜0，是放熱反應體積變化(熵變)ΔS＜0，正反應是氣體體積縮小的反應2．濃度、溫度、壓強、催化劑對反應速率和氨的含量的影響根據合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請填寫下表。對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應速率反應速率增大反應物濃度升高溫度增大壓強使用提高平衡混合物中中氨的含量增大反應物濃度，降低生成物濃度降低溫度增大壓強無影響3．數據分析在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1∶3)，平衡混合物中氨的含量實驗數據分析，提高反應速率的條件是升高溫度、增大壓；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強。二者在溫度這一措施上是不一致的。4．工業合成氨的適宜條件壓強原理分析①增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向向移動，壓強越大越好②壓強越大，對設備的要求越高，壓縮H2和N2所需的動力越大，會增加生產投資，并可能降低綜合經濟效益選用條件目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10～30MPa溫度原理分析①降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量②溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需時間越長，故溫度不宜過低③催化劑的活性在一定溫度下下最大選用條件目前，在實際生產中一般采用的溫度為400～500℃(此溫度下催化劑的活性最大)催化劑原理分析即使在高溫、高壓下，N2和H2的反應速率仍然很慢。使用催化劑在較低溫度時能較快進行反應選用條件通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒(為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化)濃度原理分析在500℃和30MPa時，平衡混合物中NH3的體積分數及平衡時N2和H2的轉化率仍較低采取措施采取迅速冷卻的方法，使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去將NH3分離后的原料氣循環使用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度(既提高了原料的利用率，又提高了反應速率，有利于合成氨反應)5．工業合成氨的適宜條件外部條件工業合成氨的適宜條件壓強10～30MPa溫度400～500℃催化劑使用鐵觸媒作催化劑濃度氨及時從混合氣中分離出去，剩余氣體循環使用；及時補充N2和H26．合成氨的工藝流程7.工業生產中適宜生產條件的選擇思路（1）分析反應特點。主要分析反應的方向性、可逆性、反應熱和熵變等。（2）原理分析。根據反應特點，利用影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析增大反應速率、提高原料轉化率的反應條件。（3）根據實驗數據進一步分析反應條件，確定適宜條件的范圍及催化劑的篩選。（4）根據工業生產的實際情況、經濟效益及環保要求等最終確定適宜的條件。影響因素有利于加快反應速率的控制有利于平衡移動條件的控制綜合分析結果濃度增大反應物濃度增大反應物濃度、減小生成物濃度不斷補充反應物、及時分離出生成物壓強高壓(有氣體參加)ΔV<0高壓設備條件允許的前提下，盡量采取高壓ΔV>0低壓兼顧速率和平衡、選取適宜的壓強溫度高溫ΔH<0低溫兼顧速率和平衡、考慮催化劑的適宜溫度ΔH>0高溫在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并選取合適催化劑催化劑加合適的催化劑無影響加合適的催化劑，考慮催化劑活性與溫度關系【歸納總結】（1）化工生產適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意對二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產成本從實際生產能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性受溫度的限制（2）控制反應條件的基本措施控制化學反應速率的措施通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調控反應速率提高轉化率的措施通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應的限度，從而提高轉化率（3）催化劑的活性與“中毒”催化劑的催化能力一般稱為催化活性。催化劑因吸附或沉積少量的雜質(毒物)而使活性明顯下降甚至喪失的現象，稱為催化劑“中毒”。為了防止催化劑“中毒”，合成氨的原料氣、硫酸工業中從沸騰爐排出來的爐氣都必須經過凈化。1．下列說法正確的是A．吸熱反應不可以自發進行B．同種物質固態時，熵值最大C．能夠自發進行的反應一定是熵增的過程D．鐵在潮濕的空氣中生銹的過程是自發的2．以下說法中正確的是A．所有?H<0的反應均是自發反應B．高錳酸鉀加熱分解是一個熵減小的過程C．冰在室溫下自動熔化成水，是熵增的過程D．自發進行的反應一定能迅速進行3．關于化學反應進行的方向敘述正確的是A．，時，反應自發進行，如金屬鈉和水的反應B．凡是放熱反應都是自發的，吸熱反應都是非自發的C．自發反應一定是熵增大，非自發反應一定是熵減小D．過程的自發性不僅能用于判斷過程的方向，還能確定過程是否一定能迅速發生4．下列與熵有關的敘述中不正確的是A．粒子無規則排列程度越大，體系的熵越大B．自發進行的化學反應都是熵增的過程C．絕熱狀態下體系會自發趨向混亂度增大方向進行D．5．下列反應在任何溫度下都不能自發進行的是A． B．C． D．6．下列說法正確的是A．放熱反應均是自發反應B．2CO(g)=2C(s)+O2(g)已知△H>0，△S<0則一定不能自發進行C．物質的量增加的反應，△S為正值D．H2、I2、HI平衡混合氣加壓后顏色變深，能用勒夏特列原理解釋7．合成氨反應達到平衡時，NH3的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。根據此圖分析合成氨工業最有前途的研究方向是()A．提高分離技術 B．研制耐高壓的合成塔C．研制低溫催化劑 D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑8．據報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現實，其反應的化學方程式為2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列敘述正確的是A．相同條件下，2mol氫原子所具有的能量大于1mol氫分子所具有的能量B．當v(CO2)=2v(CH3CH2OH)時，反應一定達到平衡狀態C．移去水蒸氣，可增大正反應速率D．恒壓，充入惰性氣體，化學反應速率增大9．合成氨反應為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

△H=-92.4kJ·mol-1。下列說法正確的是A．合成氨反應在任何溫度下都能自發B．1molN2與過量H2充分反應放熱92.4kJC．合成氨實際生產中選擇高壓和低溫D．將氨液化分離，可促進平衡正移及循環利用氮氣和氫氣10．一定條件下，關于工業合成氨的反應，圖甲表示該反應過程中的能量變化，圖乙表示1L密閉容器中n(N2)隨時間的變化曲線，圖丙表示在其他條件不變的情況下，改變起始時n(H2)對該平衡的影響。下列說法正確的是A．甲：升高溫度，該反應的平衡常數增大B．乙：從11min起其他條件不變，壓縮容器的體積，則n(N2)的變化曲線為dC．乙：10min內該反應的平均速率v(H2)=0.03mol·L-1·min-1D．丙：溫度T1＜T2，a、b、c三點所處的平衡狀態中，b點N2的轉化率最高11．節能減排是指節約物質資源和能量資源，減少廢棄物和環境有害物的排放。（1）實現“節能減排”和“低碳經濟”的項重要課題就是如何將轉化為可利用的資源。目前工業上有一種方法是用來生產燃料甲醇，一定條件下發生反應：，如圖所示為該反應過程中的能量變化：下列關于該反應的說法正確的是_____________(填序號)。A．，

B．，C．，

D．，（2）將煤加工成水煤氣可降低污染并提高燃料的利用率。將水蒸氣通過紅熱的炭即產生水煤氣，反應方程式為，該反應的，。該反應在常溫下_____________(填“能”或“不能”)自發進行。12．某研究性學習小組研究了汽車尾氣中的NO與CO的反應和某工業廢氣中的NO2與SO2的反應。回答下列問題：（1）一定溫度下，向某容積為1L的密閉容器中通入amolNO、bmolCO，控制一定的條件使其發生反應：2NO(g)＋2CO(g)?N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0。測得NO的平衡轉化率與溫度、投料比X(X＝eq\f(a,b))的關系如圖甲所示。則T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反應開始至達到平衡(對應A點)所用的時間是2min，則反應發生的2min內N2的平均反應速率v(N2)＝________，A點對應的平衡常數K＝________(保留3位有效數字)。（2）在固定體積的密閉容器中發生反應：NO2(g)＋SO2(g)?SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1使用某種催化劑，改變eq\f(n0NO2,n0SO2)的值進行多組實驗(各組實驗的溫度可能相同，也可能不同)，測定NO2的平衡轉化率。部分實驗結果如圖乙所示。①如果要將圖乙中C點的平衡狀態改變為B點的平衡狀態，應采取的措施是______________。②若A點對應實驗中，SO2的起始濃度為c0mol·L－1，經過tmin達到平衡狀態，該時段NO2的平均反應速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。③若圖乙中C、D兩點對應的實驗溫度分別為TC和TD，通過計算判斷TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。13．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，合成氨工業在國民生產中有重要意義。以下是關于合成氨的有關問題，請回答：（1）在容積為2L的恒溫密閉容器中加入0.1mol的N2和0.3mol的H2在一定條件下發生反應：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH<0，在5分鐘時反應恰好達到平衡，此時測得NH3的物質的量為0.1mol。這段時間內用H2表示的反應速率為v(H2)=____。（2）平衡后，若要再提高反應速率，且增大NH3的產率，可以采取的措施有____。(答一條即可)（3）下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據