文档文本内容
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
专题04 化学反应的方向 化学反应的调控
目录
01 知识脑图·学科框架速建
02 考点精析·知识能力全解
【知能解读01】化学反应的方向
【知能解读02】化学反应的调控——工业上合成氨
03 攻坚指南·高频考点突破
【重难点突破01】判断化学反应的自发性
【重难点突破02】工业生产中化学反应条件的选择
04 避坑锦囊·易混易错诊疗
【易混易错01】化学反应的方向和调控易混易错点
05 通法提炼·高频思维拆解
【方法技巧01】化学平衡原理在工业生产中的应用
1
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
01 化学反应的方向
1．自发反应
(1)概念：在一定条件下，__________________就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)特征：
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下______不自发，
如：铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的。
②体系趋向于从______状态转变为______状态。
③体系趋向于从______体系转变为______体系。
(3)判断：
①根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要______施加外力(如加热等)。
②根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定______；若逆向过程不自发，
2
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
则正向过程一定______。
(4)应用：
①可被用来完成有用功。如：H2燃烧可设计成原电池。
②非自发过程要想发生，必须对它______。如：通电将水分解为H2和O2。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系___________的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度______。
同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种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
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS 越大，越有利于反应__________。
3．自由能与化学反应的方向
(1)自由能与焓变、熵变的关系
ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG 不仅与焓变和熵变有关，还与______有关。
(2)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着自由能______的方向进行，直到体系达到平衡。
①当ΔG＜0 时，反应______自发进行；
②当ΔG＝0 时，反应处于____________；
③当ΔG＞0 时，反应______自发进行。
【跟踪训练】
1．下列说法正确的是( )
A．非自发反应一定不能实现
B．同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
D．恒温恒压下，ΔH<0 且ΔS>0 的反应一定不能自发进行
2．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工
业上有一种方法是用CO2 来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋
H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：
下列关于该反应的说法中，正确的是( )
A．ΔH>0，ΔS>0
B.ΔH>0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS<0
D.ΔH<0，ΔS>0
3
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
3．(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＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的
ΔH______0(
填
“
＞
”
“
＜
”
或
“
＝
”
)
。
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________。
02 化学反应的调控——工业上合成氨
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。
已知298 K 时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
(1)可逆性：反应为______反应
(2)体积变化：正反应是气体体积______的反应
(3)焓变：ΔH______0，熵变：ΔS______0
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS______0，______自发进行
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
原理分析：根据合成氨反应的特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应
条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂
使用
无影响
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生
成物浓度
3．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
10～30 MPa
温度
400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用[n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8]
【跟踪训练】
1．（2025·浙江·模拟预测）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)＋
3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下面说法正确的是( )
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
4
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa 以节省设备成本
D．由于
在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉
2．（2024·上海徐汇·模拟预测）冶铜烟气可以作为工业制硫酸为原料。下列的说法正确的是( )
A．500℃左右，转化器中反应的平衡转化率最大
B．使用以铁为主的催化剂
C．冶炼烟气在进入转化器之前，必须进行除尘、干燥等净化操作，防止催化剂中毒
D．压强一般采用20~50MPa
3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6
kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，
反应达到平衡时SO2的转化率。
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
(1) 从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是
__________________。
(2)
在
实
际
生
产
中
，
选
定
的
温
度
为
400
～
500
℃
，
原
因
是
__________________________________________
___________________________________________________________。
(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是________________________________。
(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是________________________________________。
(5)尾气中SO2必须回收，原因是_________________________________。
01 判断化学反应的自发性
判断化学反应自发性的方法
焓变(ΔH)
熵变(ΔS)
反应在某状况下能否自发进行
＜0
＞0
能自发进行
＞0
＜0
不能自发进行
＜0
＜0
取决于温度，低温自发
＞0
＞0
取决于温度，高温自发
【跟踪训练】
1．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
5
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
反应进行变化情况合理，且在高温下能自发进行的是( )
2．AB 型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)===An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变
和熵变分别为ΔH 和ΔS。对于不同组成的AB 型强电解质，下列说法正确的是( )
A．ΔH 和ΔS 均大于零
B．ΔH 和ΔS 均小于零
C．ΔH 可能大于零或小于零，ΔS 大于零
D．ΔH 和ΔS 均可能大于零或小于零
3．已知在100 kPa、298.15 K 时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.3
kJ·mol－1 ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则
(1)该反应 不能 (填“能”或“不能”)正向自发进行。
(2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为 1 111.6 K
(保留小数点后一位)。
02 工业生产中化学反应条件的选择
化学反应适宜条件选择的思维流程
【跟踪训练】
1．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件
2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(
)
A．工业上合成M 时，一定采用高压条件，因为高压有利于M 的生成
B．若物质B 廉价易得，工业上一般采用加入过量的B 以提高A 和B 的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M 的日产量
6
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
01 化学反应的方向和调控易混易错点
(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它
做功，如利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气。
(3)判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。
(4)同一物质在不同状态下熵值规律是S(g)>S(l)>S(s)。
(5)在用判据ΔH－TΔS 判断时要注意ΔH 与ΔS 的单位的差别，需要转换。
(6)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。
(7)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。
【跟踪训练】
易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同( )
(2)非自发反应，一定条件下也能使其反应发生( )
(3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向( )
(4)需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应( )
(5)ΔH<0，ΔS>0 的反应在温度低时不能自发进行( )
(6)一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0( )
(7)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0( )
01 化学平衡原理在工业生产中的应用
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，又不能过慢
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
从原料利用率分析
增加廉价易得原料，提高高价难得原料的利用率，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
7
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的限制
2．平衡类问题需考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)参加反应的物质的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
【跟踪训练】
1．工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定
的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、产率与温度、投料比
有关。下列判断不正确的是( )
A．由图甲可知，x 小于0.1
B．由图乙可知，丁烯产率先增大后减小，减小的原因是氢气是产物之一，随着增大，逆反应速率减
小
C．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动
D．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物
2．乙烯是石油化工最基本的原料之一。
(1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯：C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＞0。提高乙烷平衡转化率的
措施有_______________________、___________________。
(2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度，减少积碳。涉及如下反应：
a．2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH2＜0
b．2C2H6(g)＋5O2(g)4CO(g)＋6H2O(g) ΔH3＜0
c．C2H4(g)＋2O2(g)2CO(g)＋2H2O(g) ΔH4＜0
氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化，需要寻找催化剂降低反应________(填“a”“b”或
“c”)的活化能，判断的依据是_______________________________。
(3)常压下，在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1 投料制备乙烯，体系中C2H4和CO 在含碳产物
中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。
8
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是_________________________________。
②在570～600 ℃温度范围内，下列说法正确的是________(填字母)。
A．C2H4产率随温度升高而增大
B．H2O 的含量随温度升高而增大
C．C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
D．此催化剂的优点是在较低温度下降低CO 的平衡产率
3．（2024 高三上·四川成都·专题练习）丙烷价格低廉且产量大，而丙烯及其衍生物具有较高的经济
附加值，因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。
方法(一)热裂解法：反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)
(1)在25℃、101kPa 条件下，几种物质的燃烧热如表所示：
物质
C3H8(g)
C3H6(g)
H2(g)
燃烧热/(kJ/mol)
-2219.9
-2049
-286
ΔH= kJ/mol，该反应正向自发进行的条件为 (填“高温”“低温”或“任何
温度”)。
(2)下列关于反应Ⅰ的说法正确的是___________(填标号)
A．恒温恒容下，向体系中加入惰性气体，压强增大，反应速率加快
B．恒温恒压下，气体的密度不变，表明对于反应Ⅰ达到平衡状态
C．C3H8的消耗速率与C3H6的生成速率相等，反应Ⅰ达平衡
D．其他条件相同，反应Ⅰ分别在恒容和恒压时进行，后者丙烷的平衡转化率更高
(3)发生反应Ⅰ时，易发生副反应C3H8(g) C2H4(g)+CH4(g)，将2mol 丙烷通入反应器，在T℃、
100kPa 条件下进行反应，测得平衡体系中C3H8与CH4的体积分数分别为40%和4%，则丙烷的转化率为
，反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(计算结果保留到小数点后面1 位)。
方法(二)氧化裂解法：反应Ⅱ：2C3H8(g)+O2
2C3H6(g)+2H2O
(4)反应Ⅱ属于自由基反应，其反应历程如下：
①C3H8+O2→·C3H7+HO2·
②……
③H2O2→2HO·
9
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考高考-总复习”~~~
④2HO·→
O2+H2O
第②步反应的方程式为
；从平衡移动角度解释氧化裂解法制备丙烯的趋势
远大于热裂解的原因是
。
(5)CO2是一种温和的氧化剂，研究人员尝试利用CO2代替O2氧化丙烷脱氢制丙烯。从产率角度分析，
CO2代替O2的优点是
。
10
