文档内容
第 04 讲 化学反应的方向、化学反应的调控
目 录
01 考情透视·目标导航.........................................................................................................................2
02 知识导图·思维引航.........................................................................................................................3
03 考点突破·考法探究.........................................................................................................................3
考点一 化学反应的方向.............................................................................................................3
知识点1 自发过程与自发反应...............................................................................................3
知识点2 化学反应的方向与能量、熵变的关系...................................................................4
知识点3 化学反应方向判断方法...........................................................................................5
考向1 考查自发过程和自发反应的概念...............................................................................6
考向2 考查化学反应方向的判据...........................................................................................7
考点二 化学反应的调控.............................................................................................................8
知识点1 控制反应条件的目的及措施...................................................................................8
知识点2 工业合成氨的条件选择...........................................................................................9
考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择.............................................................................11
考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则.....................................................................11
04 ........................................................................................................................................................13考点要求 考题统计 考情分析
分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非
2024湖北卷12题，3分
选择题呈现，主要考查化学反应的熵变及反应进行的
2023湖北卷3题，3分
化学反应的方向 方向、化工生产中条件的选择等。
2022湖北卷8题，3分
2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查
2022浙江卷20题，2分
结合反应速率及焓变考查化工生产条件的选择。
（1）选择题：考查反应进行的方向，工业生产适宜
条件的选择。
（2）非选择题：常常与基本理论、工业生产相联
系，通过图像或表格提供信息，从反应时间、投料比
2023辽宁卷3题，3分
化学反应的调控 值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选
2021江苏卷14题，3分
择；
3．根据高考命题特点和规律，复习时要注意以下方
面：平衡原理在化工生产中的综合应用。
复习目标：
1.结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。
2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。
3.初 初 初 初 初 变和熵变初 化学反应方向的初 初 初 能初 初 变和熵变初 初 化学反应的方向初 初 初 初 据初 初 与初 初 初 知能初 初
4.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。
5.知初 初 化初 初 初 初 变反应初 程初 初 调控化学反应初 初 初 初 初 初 初 初 初考点一 化学反应的方向
知识点1 自发过程与自发反应
1．自发过程
（1）概念：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
（2）特点：
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．自发反应
（1）概念：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）特点：①自发反应具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该反应的逆方向在该条件下肯定不
能自发进行。
②能够自发进行的反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断反应的方向,不能确定反应是否一定
会发生和发生的速率。
知识点2 化学反应的方向与能量、熵变的关系
1．熵与熵变
（1）熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混
乱度越大,体系越无序,体系的熵就越大。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在
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：熵变是反应前后体系熵的变化，用 Δ S 表示，化学反应的 Δ S 越大，越有利于反应自发
进行。
2．化学反应的方向与能量的关系
能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素。
（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：
4Fe(OH) (s)＋2HO（1）＋O(g)===4Fe(OH) (s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol
2 2 2 3
（2）有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH HCO (s)＋CHCOOH(aq)===CO (g)＋CHCOONH(aq)＋HO（1） ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol
4 3 3 2 3 4 2
（3）有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。
例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO 的分解反应。
3
CaCO (s)===CaO(s)＋CO(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol
3 2
结论：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能
量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
注意：①反应能量判据不是决定反应能否自发进行的惟一因素。②有些吸热反应也能自发进行。
3．化学反应的方向与熵变的关系
化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反
应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
（1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反
应，熵变通常都是正值，为熵增反应。
例如：2HO(aq)===2H O(l)＋O(g)；NH HCO (s)＋CHCOOH(aq)===CO (g)＋CHCOONH(aq)＋HO(l)；
2 2 2 2 4 3 3 2 3 4 2
（2）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
例如：CaCO (s)===CaO(s)＋CO(g)；C(石墨，s)＋HO(g)===CO(g)＋H(g)；
3 2 2 2
（3）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以自发进行。
例如：2Al(s)＋Fe O(s)===AlO(s)＋2Fe(s)；
2 3 2 3
结论：研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度，大多数自发
反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
注意：①少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行,如NH (g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立体系或绝热
3体系的自发过程才向着熵增的方向进行。
知识点3 化学反应方向判断方法
1．传统的判断方法
（1）由不稳定物质向稳定物质转变
2NaHCO NaCO＋CO↑＋HO，稳定性：NaCO ＞NaHCO 。
3 2 3 2 2 3 3
（2）离子反应中，对于复分解反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变，或向离子浓度减小的
方向转变。
①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。
如NaSO ＋CaCl ===CaSO ↓(微溶)＋2NaCl，CaSO ＋NaCO===CaCO ↓＋NaSO ，所以溶解性：CaCl ＞
2 4 2 4 4 2 3 3 2 4 2
CaSO＞CaCO 。
4 3
②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变。
如2CHCOOH＋NaCO===2CH COONa＋CO↑＋HO，NaSiO ＋CO ＋HO===H SiO↓＋NaCO ，所以酸
3 2 3 3 2 2 3 2 2 2 3 2 3
性强弱：CHCOOH＞HCO＞HSiO。
3 2 3 2 3
（3）由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变。
①由难挥发性酸向易挥发性酸转变。
如NaCl＋HSO (浓) NaHSO＋HCl↑，所以沸点：HSO (浓)＞HCl。
2 4 4 2 4
②由难挥发性酸酐向易挥发性酸酐转变。
如CaCO ＋SiO=====CaSiO ＋CO↑，所以沸点：SiO＞CO。
3 2 3 2 2 2
③由难挥发性金属向易挥发性金属转变。
如2RbCl＋Mg=====MgCl ＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。
2
（4）由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质的转变。
如2FeCl ＋2KI===2FeCl ＋2KCl＋I 2FeCl ＋Cl===2FeCl ，所以氧化性Cl＞FeCl ＞I。
3 2 2, 2 2 3 2 3 2
2．用焓变和熵变判断反应的方向
体系的自由能变化(符号为 Δ G ，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自
发进行的方向的判断，ΔG＝ Δ H － T Δ S 。
（1）当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应自发进行。
（2）当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
（3）当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，
即反应达平衡状态。
（4）ΔH<0、ΔS<0时,则ΔH-TΔS在较低温度时可能小于零,所以低温有利于反应自发进行。图解如下:【易错提醒】①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还
涉及到化学反应速率的问题。
②判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)
都是能够自发进行的。
考向1 考查自发过程和自发反应的概念
例1下列不属于自发进行的变化是（ ）
A．红墨水加到清水使整杯水变红
B．冰在室温下融化成水
C．水电解生成氢气和氧气
D．铁器在潮湿的空气中生锈
【易错提醒】关于反应自发性需要注意：（1）化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应
自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。（2）自
发过程的两种倾向：①体系趋向于高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件
下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
【变式训练1】有关化学反应的说法，正确的是
A．自发反应都是放热反应 B．自发反应都是熵增大的反应
C．自发反应一定能实现 D．非自发反应在一定条件下能实现
【变式训练2】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
考向2 考查化学反应方向的判据
例2（2024·辽宁·模拟预测）向体积均为 的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入 和 ，发
生反应： 。分别在绝热、恒温条件下进行，两反应体系的压
强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A．正反应在较低温度下能自发进行B．乙在恒温条件下进行，
C．a点的正反应速率大于c点的正反应速率
D．甲条件下平衡常数K小于20.25
【思维建模】1．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。
2．焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况
－ ＋ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行
＋ － 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行
＋ ＋ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发
－ － 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发
【变式训练1】（2024·黑龙江牡丹江·一模）工业以硫黄或黄铁矿(主要成分FeS，烧渣主要成分为Fe O)
2 2 3
为主要原料生产硫酸主要流程如下：
下列说法正确的是
A．高温焙烧1 mol FeS 时转移的电子数为15 N (N 代表阿伏加德罗数值)
2 A A
B．SO 与HS反应生成淡黄色沉淀，体现了SO 的还原性
2 2 2
C．反应2SO (g)+O(g) 2SO (g)具有自发性的原因是ΔH＜0
2 2 3
D．98%浓硫酸粘度较高，与其范德华力较大有关
【变式训练2】（2024·江苏南通·二模） 可用于低温下催化氧化HCHO：
。下列关于 催化氧化甲醛的反应
说法正确的是
A．该反应 ， B．HCHO、 、 均为极性分子
C．升高温度， 增大， 减小 D．使用 催化剂降低了该反应的焓变
考点二 化学反应的调控知识点1 控制反应条件的目的及措施
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，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，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，也可以减缓化学反应速率，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.控制反应条件考虑因素：在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑
影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面
的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。
3．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。
4.工业上选择适宜生产条件的原则
外界 有利于加快速率 有利于平衡正向移动的条件
综合分析结果
条件 的条件控制 控制
增大反应物的浓 增大反应物的浓度、减小生 不断地补充反应物、及时地分离出生成
浓度
度 成物的浓度 物
催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温
ΔH＜0 低温
度
温度 高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高
ΔH＞0 高温
温并考虑催化剂的活性
在设备条件允许的前提下，尽量采取高
高压(有气体参 Δν＜0 高压
g
压强 压
加)
Δν＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
g
知识点2 工业合成氨的条件选择
1、合成氨反应的特点
（1）反应：合成氨反应：N(g)＋3H(g) 2NH (g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2
2 2 3
Jmol－1K－1。
（2）特点：
①可逆反应
②放热反应：ΔH<0
③熵减的反应：ΔS<0④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
2、合成氨反应特点的分析
影响因素
对合成氨反应的影响
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率 增大 升高 增大 使用
提高平衡混合物中氨的含
增大 降低 增大 无影响
量
3、工业合成氨的适宜条件
1）工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强 (1 0 ～ 30 MPa )
温度 适宜温度， 40 0 ～ 500 ℃
催化剂 使用铁触媒做催化剂（ 500℃ 左右时的活性最大）
浓度 N 和 H 的物质的量之比为 1∶2. 8 的投料比，氨及时从混合气中分离出去
2 2
2）问题讨论
（1）压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对
设备的要求越高、需要的动力越大。
（2）温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是：
①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。
②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。
注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应
物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要
求和技术条件。
4、合成氨的生产流程
（1）生产流程
（2）流程分析
①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性
②压缩机加压：增大压强
③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利
用能源，提高经济效益。
④冷却：生成物NH 的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中
3
分离出来，以促使平衡向生成NH 的方向移动。
3
⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将 NH 分离后的原料气循环利
3
用，并及时补充N 和H,使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。
2 2
考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择
例1工业合成氨的反应为：N(g) + 3H(g) 2NH (g) △H <0，该反应应采取的适宜条件是
2 2 3
A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、压强、催化剂
C．低温、常压、催化剂 D．高温、高压、催化剂
【思维建模】工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增
大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设
备的要求和技术条件。
【变式训练1】氨是制造化肥的重要原料，如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②、③、④、⑤均有利于提高反应物的平衡转化率
C．步骤①中“净化”N、H 混合气体可以防止催化剂中毒
2 2
D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性
【变式训练2】（23-24高三上·天津·阶段考试）某温度下发生反应：3H(g)+N(g)⇌2NH (g) ΔH=-92.4kJ/
2 2 3
mol，N 的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是
2
A．将1molN 、3molH 置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ
2 2
B．平衡状态由A变到B时，平衡常数K
