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第49 讲 化学反应的方向与调控
[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
1．自发反应
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．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量，符号为____。熵值越大，体系混乱度越大。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．判断化学反应方向的判据
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0 时，反应____自发进行；
ΔG＝0 时，反应处于______状态；
ΔG>0 时，反应______自发进行。
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( )
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综合判断化学反应的自发性
1．(2022·浙江1 月选考，20)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
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＋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________。
3．[2022·湖南，17(1)]已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG 的值只决定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。根据下图判断：600 ℃时，下
列反应不能自发进行的是__________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
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考点二 化学反应的调控——工业合成氨
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，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
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。
一、工业合成氨适宜条件选择
1．如图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题：
(1) 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式为N2(g) ＋
3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合
成氨的反应速率？哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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(2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。
①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？ 简述理由。
_______________________________________________________________________________
③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？
_______________________________________________________________________________
(3)合成氨时选择500 ℃而不采用常温主要考虑什么因素？
_______________________________________________________________________________
(4)合成氨时一般采用的压强为10 MPa～30 MPa 的原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(5)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？
_______________________________________________________________________________
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选择压强
温度
适宜温度，700 K 左右
催化剂
使用铁触媒做催化剂(为防止催化剂中毒，原料气要净化处理)
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8 的投料比，将氨及时地从混合气中分离
出来
二、综合分析其他工业生产的适宜条件
2．钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)
＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g) ΔH>0。
该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表：
压强/kPa
13.33
53.32
101.3
K 的沸点/℃
590
710
770
Na 的沸点/℃
700
830
890
NaCl 的沸点/℃
－
－
1 437
KCl 的沸点/℃
－
－
1 465
(1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最
高温度应低于________。
(2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是_________________________
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_______________________________________________________________________________
。
(3) 常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为
_____________________
_______________________________________________________________________________
。
3．(2023·河南新乡模拟)甲烷化反应即为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环
利用。已知涉及的反应如下：
反应 Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1
反应 Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2
反应 Ⅲ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH3＝－165.0 kJ ·mol－1
积碳反应(CO 的歧化反应和CH4的裂解反应是催化剂积碳的主要成因)：2CO(g)CO2(g)＋
C(s)(反应 Ⅳ)；CH4(g)C(s) ＋2H2(g)(反应Ⅴ)。
回答下列问题：
(1)ΔH2＝________kJ·mol－1。
(2)在360 ℃时，在固定容积的容器中进行上述反应(不考虑积碳反应)，平衡时CO 和H2的
转化率及CH4和CO2的产率随变化的情况如图1 所示。
①图中表示CO 转化率、CH4产率变化的曲线分别是________、________(填字母)，A、C 两
点的值相同，C 点通过改变温度达到A 点，则A、B、C 三点温度由大到小的顺序是
______________。
②按＝3∶1 向恒容容器内投料，初始压强为p0，若仅发生 Ⅰ、Ⅱ 两个反应，达到平衡时
总压为，CO 的平衡转化率为a，则CH4的选择性＝________%[CH4的选择性＝×100%]；反
应 Ⅰ 的Kp＝________________(用平衡分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)已知各反应的平衡常数随温度的变化曲线如图2 所示，相同时间内甲烷产率随温度升高
的变化曲线如图3。
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由图2 可知，CO 的歧化反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应，相同时间内CH4 的
产率在温度高于330 ℃时降低的可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降
低的原因是___________________________________________________________________。
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