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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及其应用............................................................................................................. 考向1 熵变与焓变............................................................................................................................................................. 考向2 化学反应方向的判据............................................................................................................................................. 【思维建模】化学反应方向的判断 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 传统文化中物质的性质和变化.......................................................................................................................... 考向2 工业上选择适宜生产条件的原则..................................................................................................................... 【思维建模】化工生产适宜条件选择的一般原则 04 真题溯源·考向感知............................................................................................................................ 考点要求 考察形式 2025 年 2024 年 2023 年 2022 年 2021 年 化学反应的方向 选择题 非选择题 化学反应的调控 选择题 非选择题 辽宁卷 T18，3 分 辽宁卷 T18，3 分 辽宁卷T18，3 分 辽宁卷 T16，3 分 辽宁卷 T318，3 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，主要考查判据的综合应用、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，考查判 据的综合应用。通过图像或表格提供信息，从投料比值、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. 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 对 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，知道化学反 的方向 焓变 熵变对 应 焓变 熵变 应 应 释 与反 的 和 有关。 应 焓变 熵变 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。 识 应 调 产 认 综 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 考点 化学反应的方向 一 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。 (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。 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。 (2)有不少吸热反应也能自发进行。 (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。 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。 (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。 (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。 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。 知识点3 化学反应方向的复合判据及其应用 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 (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。 考向1 熵变与焓变 例1 下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( ) A.1 mol SO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)] B.常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C.凡是需要加热的反应都不能自发进行 D.反应2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH>0 能否自发进行与温度无关 【答案】B 【解析】物质聚集状态不同，熵值不同，S(g)>S(l)>S(s)，1 mol SO3在不同状态时的熵值： S[SO3(s)]<S[SO3(l)] <S[SO3(g)]，A 项错误；反应的自发性由焓变和熵变共同决定，该反应ΔS>0，常温下不能自发进行，说明 高温下ΔG＝ΔH－TΔS<0，所以该反应的ΔH>0，B 项正确；反应的自发性由焓变和熵变共同决定，当ΔG ＝ΔH－TΔS<0 时反应能自发进行，与是否需要加热没有必然联系，C 项错误；ΔH>0、ΔS>0，由ΔG＝ΔH －TΔS<0 的反应可自发进行，可知题述反应能否自发进行与温度有关，D 项错误。 【变式训练1】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是( ) A.1 mol CH4(g)＜1 mol H2(g) B.1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g) C.1 mol H2O(s)＞1 mol H2O(l) D.1 mol C(金刚石，s)＞1 mol C(石墨，s) 【答案】B 【解析】CH4(g)和H2(g)物质的量相同，且均为气态，CH4(g)含有的原子总数多，CH4(g)的摩尔质量大，所 以熵值：1 mol CH4(g)＞1 mol H2(g)，A 错误；相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值： 1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g)，B 正确；等量的同种物质，熵值关系为S(g)＞S(l)＞S(s)，所以熵值：1 mol H2O(s)＜1 mol H2O(l)，C 错误；从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低， 所以熵值：1 mol C(金刚石，s)＜1 mol C(石墨，s)，D 错误。 【变式训练2】下列对化学反应的预测正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A A(s) ===B(g)+C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应 B A(g)+2B(g) ===2C(g)+3D(g) 能自发反应 ΔH 一定小于0 C M(s)+aN(g) ===2Q(g) ΔH<0，自发反应 a 可能等于1、2、3 D M(s)+N(g) ===2Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 【答案】C 【解析】A(s)===B(g)+C(s)的ΔS>0，ΔH>0，在高温条件下能自发进行，故A 错误；A(g)+2B(g)===2C(g) +3D(g)的ΔS>0，所以当ΔH<0 时，一定满足ΔH-TΔS<0，反应一定能够自发进行，当ΔH>0 时，高温下， ΔH-TΔS<0 成立，也可以自发进行，故B 错误；M(s)+N(g) ===2Q(s)的ΔS<0，当ΔH>0 时，ΔH-TΔS>0，一 定不能自发进行，故D 错误。 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 【解析】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；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；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；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 对化学反应方向的影响 和温度 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】下列反应在任何温度下均能自发进行的是( ) A.2N2(g)＋O2(g) 2N2O(g) ΔH＝＋16 kJ·mol－1 B.Ag(s)＋1 2Cl2(g) AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1 C.HgO(s) Hg(l)＋1 2O2(g) ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D.H2O2(l) 1 2O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1 【答案】D 【解析】A 项，ΔH＞0，ΔS＜0，在任何温度下，ΔH－TΔS＞0，即任何温度下反应都不能自发进行；B 项， ΔH＜0，ΔS＜0，低温下反应能自发进行；C 项，ΔH＞0，ΔS＞0，较高温度时能自发进行；D 项，ΔH＜ 0，ΔS＞0，在任何温度下，ΔH－TΔS＜0，即在任何温度下反应均能自发进行。 【变式训练2】已知体系自由能变化ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0 时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG 与温 度的关系如图所示，下列说法正确的是( ) A.反应①的ΔS＜0 B.反应②在600 ℃时的反应速率很快 C.温度大于1 000 ℃时，反应①能自发进行 D.反应②的ΔH＞0 【答案】C 【解析】反应①随温度的升高，ΔG 逐渐减小，则ΔS＞0，故A 错误；该题可以推测自发反应时的温度， 但无法推测某温度下的反应速率快慢，故B 错误；反应①在温度大于1 000 ℃时ΔG＜0，故此时反应①能 自发进行，故C 正确；根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH＜0，故D 错误。 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 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 (1)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。 (2)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 Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 加) 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)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。 (3)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 关于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，下列说法不正确的是( ) A.使用高效催化剂能减小反应活化能 B.为了提高原料利用率，N2和H2循环使用 C.工业合成氨温度为700 K 是因为升高温度有利于提高H2的平衡转化率 D.恒温恒容下，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态 【答案】C 【解析】使用高效催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，故A 正确；合成氨工业，N2和H2循环使用 可以提高原料利用率，故B 正确；N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动， H2 的平衡转化率降低，工业合成氨温度为700 K 是为了加快反应速率，故C 错误；N2(g) ＋ 3H2(g)⥫ 2NH ⥬ 3(g)反应前后气体化学计量数之和不同，恒温恒容下，压强是变量，若体系的总压强不再改 变，说明该反应已达平衡状态，故D 正确。 【变式训练1】已知：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的 流程如图所示(部分产物略去)。下列叙述错误的是( ) A.N2与H2的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好 B.利用物质的沸点不同分离空气 C.在高压的条件下更有利于尿素的合成 D.煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺 【答案】A 【解析】温度越低，化学反应速率越慢，从而降低产率，故合成工艺中要选择合适的温度，故A 错误；利 用物质的沸点不同将空气分离，故B 正确；根据反应方程式：2NH3＋CO2 CO(NH2)2＋H2O，该反应是 气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，所以从提高产率角度来说，在加压的条件下反应更有利于尿素 的合成，故C 正确；煤与氧气发生的是氧化反应，氧化反应都放热，放出的热量可提供给合成氨工艺，故 D 正确。 【变式训练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 【答案】C 【解析】由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低 温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。 考向2 工业上选择适宜生产条件的原则 例2 硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用接触法进行生产。有关反应 “ ” 2SO2＋O2 化 催 剂 加热 2SO3的说 法中不正确的是( ) A.实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率 B.实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C.在生产中，通入过量空气的目的是提高SO2的转化率 D.实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高 【答案】B 【解析】二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，SO2和O2不能反应完，因此SO2和O2需再循环利用以提高原 料利用率，A 正确；压强过大，设备可能无法承受，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B 错误；通 入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C 正确；实际生产中，温度为400～500 ℃时， 催化剂的活性最高，因此选定400～500 ℃作为操作温度，D 正确。 思维建 化工生产适宜条件选择的 原则 模 一般 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】汽车尾气净化反应：2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.8 kJ·mol-1，ΔS=-197.5 J·mol-1·K-1。为了探究其转化效率，某小组利用传感器测定一定温度下投入1.0×10-3 mol·L-1NO、3.6×10-3 mol·L-1CO 的物质的量浓度与时间关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A.上述正反应在较高温度下能自发进行 B.b→c 段反应速率v(NO)=0.1 mol·L-1·s-1 C.单位时间内消耗NO 和消耗CO2浓度相等时达到平衡状态 D.该温度下，上述反应的平衡常数K=500 【答案】C 【解析】由题知ΔH<0、ΔS<0，较低温度时满足ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能自发进行，故A 错误；由曲线与 纵坐标交点可知，曲线abcde 表示CO，曲线xyzw 表示NO，则b→c 段反应速率v(NO)= 0.25×10 −3mol· L −1−0.15×10 −3mol· L −1 1 s =10-4 mol·L-1·s-1，故B 错误；当单位时间内消耗NO 和消耗 CO2浓度相等时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C 正确；由图可知，该温度下反应达 到平衡时，c(CO)= 2.7×10-3 mol·L-1，c(NO)=0.1×10-3 mol·L-1，c(N2)=1 2Δc(NO)=1 2×(1.0×10-3-0.1×10-3) mol·L-1=0.45×10-3 mol·L-1，c(CO2)=2c(N2)=0.9×10-3 mol·L-1，反应的平衡常数K= c 2(C O2)·c( N 2) c 2( NO)·c 2(CO) =5 000， 故D 错误。 【变式训练2】丁烯裂解法是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反 “ ” 应如下： 主反应：3C4H8(g) \s\up2()4C3H6(g)； 副反应：C4H8(g) \s\up2()2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所 示： (1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的 纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择下列中的 (填字母)。 A.300 ℃、0.1 MPa B.700 ℃、0.1 MPa C.300 ℃、0.5 MPa D.700 ℃、0.5 MPa (2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应 原理角度分析其理由可能是 。 【答案】(1)C (2)450 ℃时反应速率较快，C3H6转化率达到最大且副反应进行程度不大 【解析】(1)由题图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大， 故选择300 ℃；由题图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由题图甲可知，300 ℃时反应 速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而 450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达到最大值，且C2H4(g)的质量分数在10％左右，产物中C3H6(g)的含量较高， 故450 ℃更合适。 1.（2025·辽宁卷节选）乙二醇是一种重要化工原料，以合成气 为原料合成乙二醇具有重要意义。 ．直接合成法： Ⅰ ，不同温度下平衡常数如下表所示。 温度 298K 355K 400K 平衡常 数 1.0 （3）实验表明，在500K 时，即使压强(34MPa)很高乙二醇产率(7%)也很低，可能的原因是_______(答出1 条即可)。 ．间接合成法：用合成气和 Ⅱ 制备的DMO 合成乙二醇，发生如下3 个均放热的连续反应，其中MG 生 成乙二醇的反应为可逆反应。 （4）在2MPa、 催化、固定流速条件下，发生上述反应，初始氢酯比 ，出口 处检测到DMO 的实际转化率及MG、乙二醇、乙醇的选择性随温度的变化曲线如图所示[某物质的选择性 ]。 ①已知曲线 表示乙二醇的选择性，则曲线 Ⅱ _______(填图中标号，下同)表示DMO 的转化率，曲线 _______表示MG 的选择性。 ②有利于提高A 点DMO 转化率的措施有_______(填标号)。 A．降低温度 B．增大压强 C．减小初始氢酯比 D．延长原料与催化剂的接触时间 【答案】（3）温度过高，反应平衡常数较小导致产率过低(或温度过高，催化剂的催化活性下降导致产率 过低) （4）I IV BD 【解析】（3）根据表格中的平衡常数，反应温度在500K 时，平衡常数K< ，此时平衡常数过小， 导致乙二醇产率过低；或温度过高，催化剂的催化活性下降，导致乙二醇打标产率过低。 （4）根据图示的曲线，随着反应的温度升高I 曲线的变化趋势为上升后逐渐平衡，此时说明DMO 的转化 率区域恒定，故I 曲线为DMO 的实际转化率曲线；又已知II 为乙二醇的选择性曲线，观察曲线II 和曲线 IV 可知，随着反应的进行MG 逐渐转化为乙二醇，故曲线IV 为MG 的选择性曲线，因此曲线III 为乙醇的 选择性曲线。 ①根据上述分析，曲线I 为DMO 的实际转化率曲线；曲线IV 为MG 的选择性曲线； ②根据图示，降低温度，DMO 的转化率降低，A 不符合题意；增大压强，反应体系中的活化分子数增加， 化学反应速率加快，DMO 的转化率增大，B 符合题意；减小初始的氢酯比导致体系中氢含量下降，DMO 的转化率降低，C 不符合题意；A 点时DMO 的转化率为80%，升高温度后转化率持续上升说明A 点时反 应未平衡，延长原料和催化剂的反应时间可以促进反应的继续进行，增大DMO 的转化率，D 符合题意； 故选BD。 2.(2024·黑吉辽卷节选)为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl 废气：2HCl(g)＋1 2 O2(g) Cl2(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.2 kJ·mol－1 ΔS K。将HCl 和O2分别以不同起始流速通入反应器中， 在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应，通过检测流出气成分绘制HCl 转化率(α)曲线，如下图所示(较低流速下 转化率可近似为平衡转化率)。 回答下列问题： (1)ΔS 0(填＞或＜ “ ” “ ”)；T3＝ 。 ℃ (2)下列措施可提高M 点HCl 转化率的是 (填字母)。 A.增大HCl 的流速 B.将温度升高40 ℃ C.增大n(HCl)∶n(O2) D.使用更高效的催化剂 (3)图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是 。 【答案】(1)＜ 360 (2)BD (3)流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率 下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低 【解析】(1)反应2HCl(g)＋1 2O2(g) Cl2(g)＋H2O(g)前后的气体分子数目减小，所以该反应ΔS ＜0，该反 应为放热反应，由于在流速较低时的转化率视为平衡转化率，由题图可知在流速低的时候，温度越高， HCl 的转化率越小，故T1代表的温度为440 ℃，T3为360 ℃。(2)A 项，增大HCl 的流速，由题图1 可知， HCl 的转化率在减小，不符合题意；B 项，M 点对应温度为360 ℃，由题图1 可知，升高温度，HCl 的转 化率增大，符合题意；C 项，由题图1 和2 可知，增大n(HCl)∶n(O2)，HCl 的转化率减小，不符合题意；D 项，M 点未处于平衡状态，使用高效催化剂，可以增加该温度下的反应速率，使M 点HCl 的转化率增加， 符合题意。(3)图中在较高流速下，T3温度下的转化率低于温度较高的T1和T2，主要是流速过快，反应物分 子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内 氯化氢的转化率低。 3.(2023·辽宁卷节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋1 2O2(g)⥫ SO ⥬ 3(g) ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度 的关系如图甲所示，下列说法正确的是 (填字母)。 a.温度越高，反应速率越大 b.α＝0.88 的曲线代表平衡转化率 c.α 越大，反应速率最大值对应温度越低 d.可根据不同α 下的最大速率，选择最佳生产温度 (2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图乙所 示，催化性能最佳的是 (填字母)。 【答案】(1)cd (2)d 【解析】(1)根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a 错误； 从题图甲中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快，但在转化率小于88％时 的反应速率图像并没有给出，无法判断α＝0.88 的条件下是平衡转化率，b 错误；从题图甲可以看出随着转 化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c 正确；从题图甲可以看出 随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以 减少能源的消耗，d 正确。(2)从题图乙中可以看出标号为d 的催化剂V-K-Cs-Ce 对SO2的催化效果最好。 4.（2022·辽宁卷节选）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔 奖，其反应为： 回答下列问题： （2）___________温(填高或低，下同 “ ” “ ” )有利于提高反应速率，___________温有利于提高平衡转化率， 综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用 。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 （3）方案二： 复合催化剂。 下列说法正确的是___________。 a．300℃时。复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 【答案】 （2） 高 低 （3）a 【解析】 （2）其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增大，反应速率加快；合成 氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度；故答案为：高、低； （3）由题图可知，300℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单-催化剂催化时大很多，说明 300℃时复合催化剂比单-催化剂效率更高，a 正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使 平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b 错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反 而降低，c 错误；故选a； 5．（2021·辽宁卷节选）苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应： Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g)⇌ (g) ∆H1<0 Ⅱ.副反应： (g) ⇌ (g) ∆H2>0 回答下列问题： （1）已知：Ⅲ. Ⅳ.2 (g)+15O2(g) 12CO ⇌ 2(g)+6H2O(l) ∆H4 Ⅴ. (g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) ∆H5 则 _______(用 、 和 表示)。 （2）有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有_______。 A．适当升温 B．适当降温 C．适当加压 D．适当减压 （3）反应 在管式反应器中进行，实际投料往往在 Ⅰ 的基础上适当增大 用量，其目 的是_______。 （4）氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当 中混有微量 或 等杂质时，会导致反应 的产率降低，推测其可能原因为 Ⅰ _______。 【答案】（1） （2）BC （3）提高苯的利用率 【解析】（1 根据盖斯定律结合已知反应：Ⅲ. Ⅳ.2 (g) +15O2(g) 12CO ⇌ 2(g)+6H2O(l) ∆H4 Ⅴ. (g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) ∆H5 Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g)⇌ (g)可由 ，则 ，故选 ； （2）根据Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g)⇌ (g)是一个气体体积减小的方向的放热反应，故有利于 提高平衡体系中环己烷体积分数即使平衡向正方向移动，根据勒夏特列原理，可采用适当降低温度和实当 加压有利平衡正向移动，而升温和减压都将使平衡逆向移动，故选BC； （3）反应 在管式反应器中进行，实际投料往往在 Ⅰ 的基础上适当增大 用量，增大 H2的浓度将使平衡正向移动，从而提高苯的转化率即利用率，故适当增大H2用量的目的是提高苯的利用 率，故选提高苯的利用率。
