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备战2024 年高考化学【一轮·夯基提能】复习精讲精练
第37 讲 化学反应的方向与调控方法
本讲复习目标
1．了解反应的自发性和熵的定义及应用，会用复合判据判断反应进行的方向。
2．以工业合成氨为例，掌握化学反应速率及平衡的调控方法。
夯基·知识精讲
一．化学反应方向的判断
1．自发反应
（1）含义：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：
2．熵和熵变的含义
（1）熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量，用符号表示。
（2）影响熵大小的因素。
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。
（3）熵变的含义
①熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS 表示，化学反应的ΔS 越大，越有利于反应自发进行。
②熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
3．化学反应方向的判断
1
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（1）判据(ΔG＝ΔH－TΔS)
（2）一般规律：四象限法判断反应能否自发进行
Δ
①H<0，ΔS>0 的反应任何温度下都能自发进行；
Δ
②H>0，ΔS<0 的反应任何温度下都不能自发进行；
Δ
③H 和ΔS 的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。
当ΔH<0，ΔS<0 时，低温下反应能自发进行；
当ΔH>0，ΔS>0 时，高温下反应能自发进行。
【例题1】N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶
解Cu、Ag 等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO
进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·mol－1。大气中过量的NOx和水体中过
量的NH、NO 均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO 转化为N2，也可将水体
中的NO 转化为N2。对于反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH<0，ΔS<0
2
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B．反应的平衡常数可表示为K＝
C．使用高效催化剂能降低反应的焓变
D．其他条件相同，增大，NO 的转化率下降
【例题2】下列判断错误的是( )
①反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH>0
CaCO
②
3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
③高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则该反应的ΔH>0、ΔS>0
Δ
④H<0、ΔS>0 的反应在任何温度下都能自发进行
A．①③
B．②③
C．②④
D．①②
【例题3】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
【例题4】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
【例题5】
3
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(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＋2CO
2CO2＋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________。
二．工业合成氨
1．控制反应条件的目的
（1）促进有利的化学反应进行：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进行：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
的产生或抑制副反应的发生，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措施
控制反应速率。
（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。
3．工业生产中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
—
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
4
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剂的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件和成本允许的前
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)
Δvg<0
(反应前后气体分子数
减小)
高压
在设备条件和成本允许的前
提下，尽量采取高压
Δvg>0(反应前后气体
分子数增加)
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜
的压强
4．下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，其热化学方程式如下：
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？
(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？
5
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(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10～30 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？
(6)综合考虑——选择适宜的生产条件
a．温度：400～500 ℃
b．压强：10～30 MPa
c．投料比：＝
d．以铁触媒作催化剂
e．采用循环操作提高原料利用率
【例题1】已知放热反应
，若起始时按
和
物质的量比2：1 投料，反应
达到平衡时
的转化率(%)随温度和压强变化如下表：
温
度/℃
平衡时
的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
2.5MPa
5MPa
400
99.2
99.6
99.7
99.8
99.9
450
97.5
98.9
99.2
99.5
99.6
500
93.5
96.9
97.8
98.6
99.0
下列说法不正确的是( )
A．反应过程中，
和
的转化率始终相等
B．降低温度或增大压强，可使
的转化率达到100%
6
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C．其他条件不变，升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大
D．实际生产中，该反应常采用400~500℃、常压并使用催化剂
【例题2】合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨
工业最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
【例题3】下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
【例题4】工业合成氨反应具有非常重要的意义。
(1)已知：H2(g)＋O2(g)
H2O(l) ΔH＝－286.0 kJ·mol－1
4NH3(g)＋3O2(g)
2N2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－1 530.0 kJ·mol－1
则合成氨反应的热化学方程式为__________________________________。
(2)在某容积为2 L 的恒容容器中发生合成氨反应，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示：
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前20 min 内v(NH3) ＝________mol·L －1·min －1 ，放出的热量为________ ，25 min 时采取的措施是
_______________。
(3)对可逆反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)，若起始投料n(N2)＝3 mol、n(H2)＝3 mol，达到平衡后，增大压
强，N2的体积分数________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)T ℃，以CO2和NH3为原料可合成化肥尿素：2NH3(g)＋CO2(g)
CO(NH2)2(s)＋H2O(l)；在2 L 的密
闭容器中，通入1.2 mol NH3 和0.6 mol CO2,2 min 时反应刚好达到平衡。此时，c(NH3)＝0.2 mol·L－1，
c(CO2)＝0.1 mol·L－1。
①该反应的平衡常数是________。
②若2 min 时保持T ℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入0.6 mol NH3，则此时平衡
____________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
【例题5】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。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)尾气中的SO2必须回收，原因是 。
提能·课后精练
1．（2023·上海·高三专题练习）有关工业合成氨的说法错误的是
A．不断移去液氨，有利于反应正向进行
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B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大
C．增大压强，氨的分解速率增加
D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒
2．（2023 秋·江苏扬州·高三江苏省高邮中学校联考期末）在恒压密闭容器中，充入起始量一定的
和
，主要发生下列反应：
反应I：
反应Ⅱ：
达平衡时，
转化率和
的选择性随温度的变化如图所示
[
的选择性
]，下列说法不正确的是
A．反应I 的
B．温度一定，通过增大压强能提高
的平衡产率
C．温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高说明此时主要发生反应I
D．同时提高
的平衡转化率和平衡时
的选择性，应选择在低温低压条件下反应
3．（2022·江苏·高三专题练习）750℃时，
和
发生的两个反应的方程式分别如下：
①
；
②
；
下列说法正确的是
A．反应①的平衡常数可表示为
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B．反应②的
C．如希望
尽可能转化为NO，可利用催化剂的选择性
D．反应②的
4．（2023·全国·高三专题练习）将
和
通入一密闭容器中，发生反应：
。
的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，下列有关平
衡常数的判断正确的是
A．
B．
C．
D．
5．（2023·福建福州·统考二模）Ni 活化
的反应历程如下图所示：
下列说法错误的是
A．反应历程的决速步骤：中间体2→中间体3
B．反应历程涉及非极性键的断裂和极性键的形成
C．三种中间体比较，中间体2 最稳定
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D．升高温度，
的化学平衡常数K 增大
6．（2023 秋·天津河西·高三统考期末）分析如下实验操作，对
平衡的影响说法正确的是
A．元素Cr 的价电子数目为1
B．该实验反应属于氧化还原反应
C．试管a 中溶液橙色变浅至黄色，说明平衡向正向移动
D．试管b 中增大
，平衡向逆向移动，平衡常数减小
7．（2021·浙江嘉兴·统考一模）钠和氯气反应的能量关系如图所示。
下列说法正确的是
A．
，
B．
是放热反应
C．
D．
高温下自发
8．（2022 秋·江苏盐城·高三统考期中）对于反应
kJ mol
⋅
-1，下列说法正确的是
11
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A．
B．E(总反应物)>E(总生成物)(E 表示物质能量)
C．反应中每消耗1 mol
，转移电子的数目为
D．升高温度、增大压强均能提高
产率
9．（2023·全国·高三专题练习）P、S、X 和Y 分别代表标准状态下的具体物质，它们之间的能量变化与反
应进程关系如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列说法正确是
A．在标准状态时，物质的
：
B．
和
为催化剂，进程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中：
C．反应
达平衡所需时间：进程Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ
D．反应
平衡时
的产率：进程Ⅰ=Ⅱ=Ⅲ
10．（2023·全国·高三专题练习）常压下，1g 冰熔化成1g 水、1g 水蒸发成1g 水蒸气的焓和熵的变化情况
如图所示。
已知：熔化过程：
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蒸发过程：
下列说法不正确的是
A．
；
B．
；
C．
D．蒸发过程属于高温自发过程
11．（2023·全国·高三专题练习）金属硫化物(
)催化反应
，既可
以除去天然气中的
，又可以获得
。下列说法正确的是
A．该反应的
B．该反应的平衡常数
C．题图所示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为
中带部分负电荷的S 与催化剂中的M 之间发生作用
D．该反应中每消耗
，转移电子的数目约为
12．（2023 春·江苏·高三校联考阶段练习）
、
共存体系催化加氢是甲烷化的重要反应，总反应可
表示为：
。下列说法正确的是
A．上述反应一定能自发进行
B．上述反应平衡常数
C．上述反应中生成
，转移电子的数目为
D．实际生产中采用适当的高温、合适的催化剂可提高
的平衡产率
13．（2023·天津·模拟预测）黑火药是中国古代四大发明之一，化学组成为硫黄、硝酸钾、木炭，其爆炸
原理为
。下列说法正确的是
A．
的电子式为
B．该反应的
和
均小于0
13
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C．
和
均为还原产物
D．
分子内σ 键和π 键个数之比为
14．（2022·浙江绍兴·绍兴一中校考模拟预测）下列说法正确的是
A．常温下，
的熵小于
B．能在一定温度下发生自发反应，
，则
C．可以把
分解：
，收集碳，实现变废为宝
D．向碳酸氢钠中加入少量水后，碳酸氢钠溶解，
，
15．（2023·统考模拟预测）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不同，温度相同
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
16．（2022 秋·山东·高三统考阶段练习）亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂。实验室中可用如下反
应合成。
(1)已知
(忽略
、
随温度的变化，T 为开尔文温度)。上述反应的
与温度的关系如下
图(该反应的
)。
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该反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行；该反应的
。
(2)T°C 下，向某真空恒容密闭容器中加入足量的
并充入一定量的NO(g)，发生下列反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
已知：反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数1gKp~T 关系如下图：
①由图可知，反应Ⅰ反应热
(填“>”或“<”)0。
②
°C 下，测得起始压强为20kPa，平衡时压强为21kPa，则该温度下NO 的平衡转化率为
%；
。
(3)向体积均为1L 的两恒容容器中分别充入2molNO 和
，发生反应：
，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。
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①甲容器中，开始压强变大的原因 。
②乙容器中0~10s 内平均反应速率v(NO)=
。
a
③、b、c 三点的正反应速率最小的是 点。
17．（2022 秋·吉林·高三统考阶段练习）回答下列问题
(1)工业合成氨的反应为：
。已知在298 K 时，
，
①根据反应的焓变和熵变，分析在298 K 时合成氨反应 (填“能”、“不能”或“无法判断”)
正向自发进行。
②有利于化学平衡向生成氨的方向移动的是 。
A．升高温度，增大压强
B．升高温度，减小压强
C．降低温度，减小压强
D．降低温度，增大压强
③下图为合成氨生产设备流程示意图，下列说法错误的是
A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化
B．压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求的
问题
C．合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大
D．冷却过程，及时将
从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动
④假设在恒温恒容的密闭容器中，通入2 mol
、6 mol
以及4 molAr，达平衡时，氮气的转化率为
50%，平衡总压为20MPa，计算平衡常数
。(
计算可用平衡体系物质的分压代替浓度，
代入平衡常数表达式，某物质分压=总压×该物质的体积分数)
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(2)研究1，3-丁二烯和
以物质的量之比为1：1 加成时的反应：
1，2-加成：
(产物A)
1，4-加成：
(产物B)
1，3-丁二烯和
以物质的量之比为1：1 加成时的反应过程和能量变化如图：
①稳定性：A B(填“＞”、“=”或“＜”)
②探究1，2-加成和1，4-加成的影响因素。
实验1：将1，3-丁二烯和
以物质的量之比1：1 加成，不同温度，相同时间内测定A 和B 在产物中的含
量，低温时产物以A 为主，较高温度时以B 为主。
实验2：加热实验1 中低温时的反应产物，A 的含量减少，B 的含量增大。
实验3：在实验1 的基础上，充分延长反应时间，无论是低温还是高温，产物中B 的含量均增大。
结合反应过程和能量变化的示意图，解释实验1 中低温时产物以A 为主的原因 。
③说明实验2 中，升高温度，A 转化为B 经历的物质转化过程是 。
18．（2023·全国·高三专题练习）尿素
是一种重要的化工产品和常用氮肥。回答下列问题：
(1)尿素中C、N、O 三种元素的电负性由小到大的顺序是 (用元素符号表示)。
(2)工业上，用
和
制备尿素，总反应分两个基元反应(反应历程与相对能量关系如图1)：
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①
②
写出总反应的热化学方程式： 。该历程中决速步骤的反应是 (填“①”或
“②”)。
(3)有人设想直接利用反应
进
行人工固氮制备尿素，从热力学角度判断该反应 (填“可行”或“不可行”')，理由为
。
(4)碳酸丙烯酯(PC)是锂离子电池的常用溶剂。工业上常用尿素合成碳酸丙烯酯。已知：碳酸丙烯酯的结构
简式为
，沸点为238.14℃；1，2-丙二醇(PG)的沸点为162℃。1，2-丙二醇和尿素(160℃以上
会分解)合成PC 的反应如下：
在烧瓶中加入物质的量之比为2：1 的PG 和尿素，加入催化剂充分反应，测定不同温度下PC 的平衡收率
变化如图2 所示。PC 的收率
。
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160℃
①
以上，PC 的收率下降的主要原因可能是 。
150℃
②
时，PG 的平衡转化率为 。以液相中各物质的量分数代替浓度表示平衡常数
(保留2 位小数)。
19．（2023·全国·高三专题练习）
和
是汽车尾气的主要成分，它们能缓慢地发生反应Ⅰ：
。
(1)汽车行驶时，
和
在电火花作用下产生
，各物质所含化学键键能数据如下表：
物质
化学键键能
946
498
632
相同条件下，
、
、
三种物质中最稳定的是 ；
。
(2)工业上可通过
和
化合制备甲醇，反应的化学方程式为
。
已知：①
②
③
写出工业上用
和
合成
的热化学方程式： 。
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(3)反应I 在常温下可以自发进行，则该反应的正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)为减少汽车尾气污染，下列措施合理的有_______(填字母)。
A．开发氢能源
B．寻找反应I 的高效催化剂
C．市民大量移居城市郊区
D．戴上呼吸面具
20．（2022·全国·高三专题练习）
在工业生产中具有重要作用。
(1)
①已知
，反应
的
随温度的变化是图1 中的 (填“
”或“
”)。
②工业以
为原料合成
是在一定温度和压强下，以
混合物作为催化剂，向反应炉中
匀速通入
，不同硅铝比
与生成
的速率关系如图2 所示。下列说法正确的是
。
A．温度越低越有利于工业合成
B．合适的硅铝比为0.15
C．在原料气
中混入适量的惰性气体对
的生成速率无影响
D．
内，
的产量
(2)已知在催化剂M 作用下，
。
①一定温度下，假设正逆反应速率与浓度关系为
只与
温度相关，则反应的平衡常数
(用含
的式子表示)。
20
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②催化剂M 活性随温度变化情况如图3 所示，相同时间测得
的转化率随反应温度变化情况如图4 所
示，写出
的转化率出现上述变化的可能原因(写出两点)： 。
③在图4 中画出，其他条件不变，增大压强(催化剂不失活)情况下，
的转化率随温度变化图
。
(3)已知
，用
催化该反应，若
首先在
催化下生成
和
及另一种无机
化合物，用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：
步骤i： ；
步骤ⅱ： 。
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