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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 真题练习·命题洞见.......................................................................................................................13
1
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考点要求
考题统计
考情分析
化学反应的方向
2024 湖北卷12 题，3 分
2023 湖北卷3 题，3 分
2022 湖北卷8 题，3 分
2022 浙江卷20 题，2 分
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
选择题呈现，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
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
值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选
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。
化学反应的调控
2023 辽宁卷3 题，3 分
2021 江苏卷14 题，3 分
复习目标：
1.
合学
的化学反
例，了解自
程和化学反
的自
性。
过
应
发过
应
发
结
实
2.通
“有序”和“无序”的
比，了解
和的意义。
过
熵
熵
变
3.初步了解
和
化学反
方向的影响，能用
和
解
化学反
的方向，培养
据推理与模型
变
熵变
应
变
熵变
应
焓
对
焓
释
证
认
知能力。
4.
化学反
速率和化学平衡的
合
控在生
、生活和科学研究中的重要作用。
认识
应
综
调
产
5.知道催化
可以改
反
程，
控化学反
速率具有重要意
。
剂
变
应历
对调
应
义
2
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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）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：
3
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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)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
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
4
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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
2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：NaCO3＞NaHCO3。
（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Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞
CaSO4＞CaCO3。
②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸
性强弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
（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＋H2SO4(浓)
NaHSO4＋HCl↑，所以沸点：H2SO4(浓)＞HCl。
②由难挥发性酸酐向易挥发性酸酐转变。
如CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑，所以沸点：SiO2＞CO2。
③由难挥发性金属向易挥发性金属转变。
如2RbCl＋Mg=====MgCl2＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。
（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2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
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:
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【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
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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FeS2，烧渣主要成分为Fe2O3)
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 FeS2时转移的电子数为15 NA(NA代表阿伏加德罗数值)
B．SO2与H2S 反应生成淡黄色沉淀，体现了SO2的还原性
C．反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)具有自发性的原因是ΔH＜0
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
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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
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：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
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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
H 2 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，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。
400
②
～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
9
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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 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：N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
H <0
△
，该反应应采取的适宜条件是
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”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒
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：3H2(g)+N2(g)
2NH
⇌
3(g) ΔH=-92.4kJ/
mol，N2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
A．将1molN2、3molH2置于1L 密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ
B．平衡状态由A 变到B 时，平衡常数KA<KB
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C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大
D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率
考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则
例2 某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)
2M(g)
H<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 价廉易得，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
【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程
【变式训练1】（2024·广东惠州·三模）一定条件下，1-苯基丙炔(Ph-C=C-CH3)可与HCl 发生催化加成，反
应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应I、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的
是
A．反应活化能：反应I<反应Ⅱ
B．反应焓变：反应I<反应Ⅱ
C．增加HCl 浓度不会改变平衡时产物Ⅱ和产物I 的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
【变式训练2】（2024·河北邯郸·一模）对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温
度称为最适宜温度。反应
在催化剂作用下原料的总转化率与最适
宜温度(曲线Ⅰ)、原料的总平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图最合理的是
11
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A．
B．
C．
D．
1．（2024·湖北卷）
在超高压下转化为平行六面体的
分子(如图)。下列说法错误的是
A．
和
互为同素异形体
B．
中存在不同的氧氧键
C．
转化为
是熵减反应
D．常压低温下
能稳定存在
2．（2023·辽宁卷）下列有关物质的工业制备反应错误的是
A．合成氨：N2+3H2
2NH3
B．制HCl：H2+Cl2
2HCl
C．制粗硅：SiO2+2C
Si+2CO
D．冶炼镁：2MgO(熔融)
2Mg+O2↑
3．（2022·浙江卷）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
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4．（2021·江苏卷）NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通
过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3
的转化率、生成N2的选择性[
100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B．其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
5．（2016·上海卷）在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交
换器的接触室（见图）。下列说法错误的是（ ）
A．a、b 两处的混合气体成分含量相同，温度不同
B．c、d 两处的混合气体成分含量相同，温度不同
C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体
D．c 处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率
6．（2010·上海卷）据报道，在300℃、70MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2（g）+6H2
（g）
CH3CH2OH（g）+3H2O（g），下列叙述错误的是
A．使用Cu-Zn-Fe 催化剂可大大提高生产效率
B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH 和H2O 可提高CO2和H2的利用率
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14
