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第04 讲 化学反应的方向、化学反应的调控
目录
01
考情解码·命题预警
02 体系构建·思维可视...........................................................................................................................
03 核心突破·靶向攻坚...........................................................................................................................
考点一 化学反应的方向...................................................................................................................
知识点1 自发过程与自发反应......................................................................................................................
知识点2 焓变、熵变对化学反应方向影响..................................................................................................
知识点3 化学反应方向的复合判据..............................................................................................................
考向1 自发过程和自发反应........................................................................................................................
考向2 化学反应方向的判据.........................................................................................................................
【思维建模】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
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..........................................................................................................
知识点2 工业合成氨条件的选择..................................................................................................................
考向1 合成氨反应适宜条件的选择..........................................................................................................
考向2 工业上选择适宜生产条件的原则..................................................................................................
【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程和原则
04 真题溯源·考向感知............................................................................................................................
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考点要求
考查形式
2025 年
2024 年
2023 年
化学反应的方向
选择题
非选择题
浙江1 月卷T18(4)
广东卷T19(2)
湖南卷T18(3)
湖北卷T12，3 分
湖北卷T3，3 分
化学反应的调控
选择题
非选择题
——
——
辽宁卷T3，3 分
考情分析：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题均有呈现，主要考查化学反应的熵变及反应进
行的方向、化工生产中条件的选择等。
2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查化学反应速率和化学平衡知识在生产中的应用，以选
择化工生产条件。在选择题中，考查反应进行的方向，工业生产适宜条件的选择；在非选择题中，通过图
像或表格提供信息，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。
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.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向，培养证据推理与模
型认知能力。
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.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
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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)含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
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(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，体系有从有序自发地转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．自发反应
(1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。
(2)自发反应的特征
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肯定不自发。
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
得分速记
(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 焓变、熵变对化学反应方向影响
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)2(s)＋2H2O(1)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol
(2)有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH4HCO3(s) ＋CH3COOH(aq)===CO2(g) ＋CH3COONH4(aq) ＋H2O(1) ΔH(298 K) ＝＋37.30
kJ/mol
(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CaCO3的分解反应。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol
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
4
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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：2H2O2(aq)===2H2O(l) ＋O2(g) ；NH4HCO3(s) ＋CH3COOH(aq)===CO2(g) ＋CH3COONH4(aq) ＋
H2O(l)；
(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：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；
(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)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
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NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。②孤立体系
或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。
知识点3 化学反应方向的复合判据
1．复合判据：ΔH－TΔS＜0，反应正向自发进行
(1)适用条件：恒温恒压
(2)局限性：只能判断反应发生的可能性，不能判断反应是否实际发生
2．温度对反应方向的影响
(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：
3．反应自发进行的最低或最高温度的计算
(1)计算依据：△H－T△S≤0
①若△S＞0，则T≥
，为最低温度
②若△S＜0，则T≤
，为最高温度
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(2)注意单位的换算
①△S 的单位为：J · mol
－ 1 · K － 1
②△H 的单位为：kJ
· mol
－ 1
③T 的单位为：K
4．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。
(1)不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。
(2)不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。
(3)不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。
(4)不能忽视ΔH、T、ΔS 单位的协调一致。
得分速记
(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)自发反应不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)；有的需要一定条件引发
反应，一旦反应后即可自发进行。如：碳的燃烧需要点燃。
(3)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。
考向1 自发过程和自发反应
例1(2025•陕西榆林模拟）化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是( )
A．墨汁加到清水中使整杯水变黑 B．水在0℃以下结为冰
C．水从高处往低处流 D．石灰石转化为生石灰
【答案】D
【解析】A 项，墨汁浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，A 不符合题意；
B 项，水的凝固点为0℃，水在常温下是液体，水在0℃以下结为冰，是自发进行的物理变化，B 不符合题
意；C 项，水从高处往低处流，是能量降低的过程，是自发进行的变化，C 不符合题意；D 项，石灰石转
化为生石灰需要在高温条件下进行，该变化过程不是自发进行的，D 符合题意；故选D。
【变式训练1·变载体】在常温常压下，下列属于自发过程的是( )
A．2C(s) + O2(g) = 2CO(g)
B．NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)
C．CH3COOH(l) = CH3COOH(s)
D．2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) = Cr2O7
2-(aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq)
【答案】A
【解析】A 项，2C(s) + O2(g) = 2CO(g)是熵增的放热反应，△H−T△S<0，属于自发过程，故A 选；B
项，NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)是熵增的吸热反应，温度较高时，△H−T△S<0，可以进行，故B 不选；C
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项，CH3COOH(l) = CH3COOH(s)是熵减的吸热现象，在常温常压下，不能自发进行，故C 不选；D 项，氧
化性Cr2O7
2-> Cl2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性规律可知，2Cr3＋(aq) + 3Cl2(aq) + 7H2O(l) =
Cr2O7
2- (aq) + 6Cl-(aq)+14H＋(aq)不能发生，故D 不选；故选A。
【变式训练2·变载体】 (2025•江西景德镇期中）下列有关说法不正确的是( )
A．反应
在一定条件下可自发进行，且ΔS＜0，则ΔH＜0
B．某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应
C．反应
在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
D．通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行
【答案】D
【解析】A 项，反应
在一定条件下可自发进行，且ΔS＜0，根据
ΔH-TΔS＜0，可知ΔH＜0，故A 正确；B 项，某吸热反应能自发进行，根据ΔH-TΔS＜0，可知ΔS＞0，因
此该反应一定是熵增反应，故B 正确；C 项，反应
在室温下可自发进行，正
反应气体物质的量减少ΔS＜0，根据ΔH-TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，故C 正确；D 项，通常情况下，一
个放热且熵增的反应，ΔH-TΔS＜0，所以一定能自发进行，故D 错误；故选D。
【变式训练3·变考法】 (2025•浙江期中）下列关于化学反应的说法中不正确的是( )
A．降低温度，反应物中活化分子百分数不变
B．若某反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都能自发进行
C．1molNH3在不同状态时的熵值：
D．
ΔH＞0，该反应在高温下能自发进行
【答案】A
【解析】A 项，降低温度，反应物中分子所具有的能量普遍降低，部分活化分子变为普通分子，导致
反应物中活化分子百分数减小，A 错误；B 项，若某反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应的ΔG=ΔH-TΔS 恒小于
零，则该反应在任何温度下都能自发进行，B 正确；C 项，等质量的不同状态下物质的熵值为气体大于液
体大于固体，则1molNH3在不同状态时的熵值：
，C 正确；D 项，
ΔH＞0，该反应的ΔG=ΔH-TΔS 在高温下小于0，即高温下能
自发进行，D 正确；故选A。
考向2 化学反应方向的判据
例2 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(g)＋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
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【解析】A 项，物质聚集状态不同熵值不同，气体＞液体＞固体，1 mol H2O 在不同状态时的熵值：
S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]，故A 正确；B 项，CaCO3(s)
CaO(s)＋CO2(s) ΔH＞0，ΔS＞0，能否自发进行，
ΔH－TΔS＜0 与温度有关，故B 正确；C 项，反应自发只能说明ΔH－TΔS＜0，不能说明ΔH 和ΔS 的变化
相同，故C 错误；D 项，反应物有4 mol 固体、2 mol 液态物质、1 mol 气体物质，生成物只有固体，ΔS＜
0，若能自发进行，ΔH－TΔS＜0，则ΔH 必须小于0，故D 正确。
思维建模 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
(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·变考法】下表中内容与结论相对应的是( )
选项
内容
结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
ΔS>0
B
硝酸铵溶于水可自发进行
该过程的ΔS>0
C
一个反应的ΔH>0，ΔS>0
该反应一定不能自发进行
D
H2(g)+F2(g)
2HF(g)的ΔH=-546.6 kJ·mol-1，
ΔS=+173.8 J·mol-1·K-1
该反应在任意温度下都不能自发进行
【答案】B
【解析】物质由气态变为液态，混乱度减小，即ΔS<0，A 项错误；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，
ΔS>0，该过程可自发进行，B 项正确；ΔH>0，ΔS>0 时，根据复合判据可知，高温时ΔH-TΔS<0，即高温
条件下，该反应能自发进行，C 项错误；由ΔH<0，ΔS>0 知，ΔH-TΔS<0，该反应在任意温度下都能自发进
行，D 项错误。
【变式训练2·变载体】相同的温度和压强下，有关下列两个反应的说法不正确的是( )
反应
ΔH/kJ/mol
MgCO3(s)
MgO(s)＋CO2(g)
117.6
1
a
CaCO3(s)
CaO(s)＋CO2(g)
177.9
1
b
注：①其中
表示反应方程式中气体化学计量数差；
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Δ
②H-TΔS＜0 的反应方向自发
A．因为
相同，所以a 与b 大小相近
B．热分解温度：MgCO3(s)＞CaCO3(s)
C．a-b=S[MgO(s)]+S[CaCO3(s)]-S[MgCO3(s)]- S[CaO(s)]
D．两个反应在不同温度下的ΔH 和
都大于零
【答案】B
【解析】A 项，熵变的大小与气体体积的改变大小有关，由方程式可知，两反应中气体化学计量数差
相同，则反应的熵变a 与b 大小相近，故A 正确；B 项，由MgCO3和CaCO3都为离子晶体，MgCO3和
CaCO3离子所带电荷相等，由于Mg2+半径小于Ca2+半径， MgO 晶格能大于CaO 晶格能， Mg2+比Ca2+更
易与碳酸根离子中的氧离子结合，使碳酸根离子分解为CO2，则MgCO3的热分解温度小于CaCO3，故B 错
误；C 项，由方程式可知，两反应中气体化学计量数差相同，则反应的熵变a 与b 的差值为a-b=S[MgO(s)]
+S[CaCO3(s)]-S[MgCO3(s)]- S[CaO(s)]，故C 正确；D 项，由表格数据可知，两个反应都是气体体积增大的
吸热反应，则两个反应在不同温度下的ΔH 和
都大于零，故D 正确；故选B。
【变式训练3·变题型】回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，
该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不
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。反应在常温下能够自发进行，则
反应的∆H______(填“>”或“<”)0。
(3)已知在
、298K 时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的∆H＞0、∆S＞0。
①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。
(4)已知CaSO4(s)+ CO(g)=CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH＝+218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件
是__________________________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。
【答案】(1)> > 不能 (2)< (3)不能 能 (4)高温 (5) >
【解析】(1)由于CO 在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO 和氧气的反应为吸热
反应，∆H＞0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，∆S＞0，故低温下ΔG=ΔH-
TΔS>0，反应不能自发进行；(2) ΔG=ΔH-TΔS＜0 时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下△S＜0，
常温下反应能够自发进行，则△H＜0；(3)①根据ΔG=ΔH-TΔS＜0 时反应自发进行，已知∆H＞0，∆S＞0，
则常温下不能自发进行；②该反应的∆H＞0、∆S＞0，高温条件下能使ΔG=ΔH-TΔS＜0，而常温条件下
ΔG=ΔH-TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素；(4)该反应的∆S＞0、∆H＞0，则高温时
ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行；(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG=ΔH-TΔS＜0，∆H＞0，则∆S＞
0。
考点二 化学反应的调控
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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
条件
有利于加快速率
的条件控制
有利于平衡正向移动的条件
控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓
度
增大反应物的浓度、减小生
成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成
物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温
度
ΔH＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高
温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参
加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高
压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
得分速记
1．选择原则：反应速率快，产品含量高
(1)温度
①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高
②尽可能选择催化剂的最大温度
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(2)压强
①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大
②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本
(3)催化剂
①选用催化效率高的催化剂
②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同
A+B
C A+B
D
③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性
(4)浓度：原料尽可能循环利用
①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。
②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。
(5)反应热的综合利用：一般采用热交换器
(6)反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率
知识点2 工业合成氨条件的选择
1．合成氨反应的特点
(1)反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)。已知298 K 时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－
198.2 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<0
④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
2．合成氨反应特点的分析
对合成氨反应的影响
影响因素
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量
增大
降低
增大
无影响
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(10
～
30
MPa)
温度
适宜温度，400
～
500
℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂(500℃左右时的活性最大)
浓度
N2和H2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)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，
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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NH3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
物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。
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NH3分离后的原料气循
环利用，并及时补充N2和H2，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。
考向1 合成氨反应适宜条件的选择
例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＝-92.4kJ·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
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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N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉
【答案】C
【解析】A 项，合成氨选择400～500℃，既考虑温度对速率的影响(加快反应速率），也考虑催化剂
(铁触媒）的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑速率，A 错误；B 项，及将氨气及时液化分离，平
衡正向移动，但浓度降低了，反应速率会减慢，不是加快，B 错误；C 项，增大压强，平衡正向移动，能
提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20MPa 左右可节省设备成本，C 正确；
D 项，直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其
他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D 错误；故选C。
【变式训练1·变载体】下列有关工业合成氨的说法不正确的是( )
A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行
B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率
C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数
D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
【答案】B
【解析】A 项，减小生成物的浓度，平衡正向移动，故将NH3液化，并不断将液氨移去，利于反应正
向进行，A 正确；B 项，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率降低，则控
制温度400~500℃，远高于室温，是为了加快反应速率，B 错误；C 项，该反应为体积减小的反应，增大
压强，平衡正向移动，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数，C 正确；D 项，原料气须经
过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，D 正确；故选B。
【变式训练2·变题型】1913 年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当
时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是( )
A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒
B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率
C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率
D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热
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【答案】D
【解析】A 项，合成氨反应的原料中含有能使催化剂中毒的杂质，所以“干燥净化”可以防止催化剂
中毒，故A 正确；B 项，合成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强，化学反应速率加快，平衡向正反
应方向移动，原料的转化率增大，所以“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率，故B 正
确；C 项，氨气易液化，冷却时氨气转化为液氨，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，原料的转
化率增大，所以“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率，故C 正确；D 项，合成氨反应为放热反应，
“铁触媒”在生产过程中可以通过反应放出的热量和热交换达到反应所需的温度，不需使用外加热源持续
加热，故D 错误；故选D。
【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】(2025•上海期中）NH3是一种重要的工业原料
在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400~500℃和20~50MPa 的条件下，由N2和H2
合成氨。回答下列问题：
(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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率很低
B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C．依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是20~50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
(2)该反应放热，但仍选择较高温度400~500℃，其原因是___________。
A．适当提高NH3的合成速率 B．适当提高H2的转化率
C．提高NH3的产率 D．催化剂在500℃左右活性最大
(3)某温度下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)达到平衡时，N2、H2和NH3
物质的量分别为4mol、2mol 和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，
可使平衡右移的是___________。
A．均增加1mol B．均减半 C．均减少1mol D．均加倍
【答案】(1)B
(2)AD
(3)A
【解析】(1）A 项，从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，通过循环使用氮气和氢气，大大
提高了氨气的产率，故A 错误；B 项，由于氨易液化，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了
氨的产率，故B 正确；C 项，该反应正反应是放热反应，高温不利用氨气的合成，合成氨反应温度控制在
500℃左右，在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高，故C 错误；D 项，合成氨是可逆反应，增大压
强，平衡向着使压强减小的方向移动，有利于生成氨气，提高原料的利用率，故D 错误；故选B；
(2）A 项，合成氨为放热反应，一般采用400～500℃的温度，其原因是适当提高氨的合成速率，A 符
合题意；B 项，该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，因此选择较高温度400～500℃，原因不是为
了提高H2的转化率，B 不符合题意；C 项，该反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，有利于合成氨，
氨的产率能提高，所以选择较高温度400～500℃，原因不是为了提高NH3的产率，C 不符合题意；D 项，
选择较高温度400～500℃，是因为催化剂在 500℃左右时活性最大，催化效果最佳，D 符合题意；故选
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AD；
(3）A 项，达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol 和4mol，假设浓度也分别为4
mol/L、2 mol/L、4mol/L，则平衡常数为
，均增加1mol，浓度可认为变化为5 mol/L、3
mol/L、5mol/L，此时浓度商
，平衡右移，A 符合题意；B 项，在恒压条件下，各组分
的物质的量均减半，体系体积减半，各组分的浓度不变，Qc=K，平衡不移动，B 不符合题意；C 项，均减
少1mol，N2、H2和NH3浓度可认为变化为3 mol/L、1 mol/L、3mol/L，则
，平衡左
移，C 不符合题意；D 项，在恒压条件下，各组分的物质的量均加倍，体系体积加倍，各组分的浓度不变，
Qc=K，平衡不移动，D 不符合题意；故选A。
考向2 工业上选择适宜生产条件的原则
例2(2025•湖北模拟）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/%
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
和
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】A 项，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；B 项，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，
该操作可以提高SO2的平衡转化率，故B 正确；C 项，根据表格数据，450℃和10MPa 时SO2的转化率最
高，但压强由1MPa 升高到10Mpa 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1MPa，故C 错误；D 项，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； 故选C。
思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程和原则
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(1)化学反应适宜条件选择的思维流程
(2)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，又要注意二者影响的
矛盾性，尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动
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，循环利用从而降低
生产成本
从实际生产能力分析
既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操
作、经济成本等)的可能性
从催化剂的使用分析
①防止催化剂中毒，增加乳化装置；
②温度对催化剂活性的影响；
③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本
【变式训练1·变载体】某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g)
2M(g) ΔH<0。下列有关该反应的
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Y 价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y 的方法，以提高X 和Y 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，因为使用催化剂可提高M 的日产量
【答案】D
【解析】虽然高压条件有利于M 生成，但不一定都采用高压条件，如2SO2+O2
2SO3，常压下
SO2的转化率已经很高，高压对SO2的转化率影响不大，因而工业上采用常压；加入Y，X 的转化率提高，
但Y 的转化率降低；ΔH<0，升高温度，反应物转化率降低；催化剂可加快化学反应速率。
【变式训练2·变载体】下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是( )
A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎
B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%
【答案】D
【解析】硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，A 正确；
硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，B 正确；合
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成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，
C 正确；合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率
达到100%，D 错误；故选D。
【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要
设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。
(1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。
A．二氧化硫的氧化在接触室中发生
B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫
C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率
D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
(2)
平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、
450℃左右(对应图中A 点)，而没有选择SO2 转化率更高的B 或C 点对应的反应条件，其原因分别是
、 。
【答案】(1)CD
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(2)不选B 点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)
下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压 不选C 点，
因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高
故选择A 点，而不选择C 点
【解析】(1)依据接触法制硫酸的工业流程和三个设备分析判断，二氧化硫的接触氧化是在接触室中发
生的，A 正确；设备C 中用98.3%的H2SO4来吸收SO3的原因是：用水吸收易形成酸雾阻止三氧化硫的吸
收，B 正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率降低，实际上工业生产中采用
较高的温度，是为了保证催化剂的活性和一定的化学反应速率，C 错误；硫酸工业中，在接触室安装热交
换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的，而不是利用SO3转化为H2SO4时放的热量，D 错
误；故选CD；
(2)不选B 点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)
下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压；不选C 点，因
为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，
故选择A 点，而不选择C 点。
1．(2025•浙江1 月卷，18)(4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)＋
CO(g)=HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。
【答案】(4)＜
【解析】(4)反应生产HCON(CH3)2的反应方程式(CH3)2NH(g)＋CO(g)=HCON(CH3)2(l)是一个某条件下
反应自发且熵减，根据自由能变ΔG=ΔH-TΔS＜0 时反应自发可知，则反应在该条件下ΔH<0；
2．(2025•广东卷，19) (2)298K 下，反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞
0，则298K 下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(2)能
【解析】(2)反应TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋2CO(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则根据ΔG=ΔH-TΔS 可
知，该反应在298K 下能自发进行；
3．(2025·湖南卷，18) (3)在反应器中，发生如下反应：
反应i：2C2H4(g)
C4H8(g) ΔH1＝-104.7kJ·mol−1
反应ii：2C2H4(g)＋H2(g)
C4H10(g) ΔH2＝-230.7kJ·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
【答案】(3)﹣126 B
【解析】(3) 根据盖斯定律，反应ii －反应i 即可得到目标反应，则
，该反应是熵减的放热反应，则依据ΔG=ΔH-TΔS＜
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0 反应能自发进行，则低温下自发进行，选B；
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