文档文本内容
第04
讲 化学反应的方向
化学反应的
控
、
调
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 化学反应方向的判据......................................................................................................................
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............................................................................................................................
考点要求
考查形式
2025 年
2024 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
安徽卷T17（4）
安徽卷T17（2）
考情分析：
1．从考
型和内容上看，安徽命
以非
呈
，主要考
化学反
行的方向、化工生
中条件的
选择
应
产
选
查题
题
题
现
查
进
等。
择
2．从命
思路上看，
重以化工生
背景，考
化学反
速率和化学平衡知
在生
中的
用，以
化
题
侧
产为
查
应
识
产
应
选择
工生
条件。通
像或表格提供信息，从反
、投料比
、催化
的
、
化率等角度考
生
条件
产
过
应
选择
产
图
时间
值
剂
转
查
的
。
选择
复习目标：
1.知道化学反
是有方向的，知道化学反
的方向与反
的
和
有关。
应
应
应
焓变
熵变
2.
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
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 就能自动进行的过程。
（2）特点
体系趋向于从
①
高能状态转变为 状态(体系对外部做功或释放热量)
在密闭条件下，体系有从
②
自发地转变为 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 地进行到显著程度的化学反应。
（2）自发反应的特征
具有
①
，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。
体系趋向于从
②
状态转变为 状态。
体系趋向于从
③
转变为 。
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。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。
（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）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 化学反应方向的判据
1．焓判据
（1）多数能自发进行的化学反应是 反应。
（2）有些 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）结论：焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，但 决定反应能否自发进行的惟一因素。
2．熵判据
（1）熵的含义：熵是衡量一个体系 的物理量，即表示体系的 或 的物理量。
越大，体系越 ，体系的熵就越 。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 ，用
表示，ΔS=
，化学
反应的
越大，越有利于反应 进行。
产生 的反应，气体物质的 的反应，熵变通常都是正值，为 反应。
（3）熵判据
①许多 的反应在常温、常压下可以自发进行。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)；
有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。
②
例如：NH3＋HCl === NH4Cl。
结论：
③
是一个与反应能否自发进行有关的因素，但 决定反应能否自发进行的惟一因素。
3．复合判据：ΔG=ΔH－TΔS
ΔG 0 时，反应 自发进行；
ΔG 0 时，反应处于 状态；
ΔG 0 时，反应不能自发进行。
（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
（3）温度对反应方向的影响
4．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 温度
②若△S＜0，则T
，为 温度
（2）注意单位的换算
①
S
△的单位为：
②△H 的单位为：
③T 的单位为：
得分速
记
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
速率和反应限度的问题。
考向1 自发过程和自发反应
例1（2025·安徽蚌埠·二模）合成气的一种制备原理为
，
在
合金催化下，甲烷脱氢阶段的反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是
A．低温利于反应
的自发进行
B．脱氢阶段既存在非极性键断裂又存在极性键断裂
C．反应
正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．在
合金催化下，该历程中决速步的化学方程式为
【变式训练1·变考法】（2024·安徽·模拟预测）
催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为
，下图为
，温度在250℃下的甲醇的
物质的量分数
与压强p 的关系及压强在
下的甲醇的物质的量分数
与温
度t 的关系，下列有关说法正确的是
A．由图可知，随压强增大，平衡常数K 增大
B．曲线a 为250℃时等温过程曲线
C．该反应在任何温度下都能自发进行
D．当
时，
的平衡转化率为53.3％
【变式训练2·变载体】 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
【变式训练3·变考法】 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
考向2 化学反应方向的判据
例2（25-26 高三上·安徽·开学考试）一定温度下，向一密闭容器中充入1mol
和足量
发生反
应：
，测得平衡时
的物质的量与压强的
关系如图所示。下列叙述不正确的是
A．曲线
代表
Ⅱ
的物质的量与压强的关系
B．上述正反应在较高温度下能自发进行
C．
消耗速率和
消耗速率之比等于1：2 时达到平衡状态
D．M 点气体产物总分压与气体反应物分压之比等于1：2
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
【变式训练2·变载体】硫酸生产中的催化氧化的原理为
。当反应物按
投料时，分别在
、
和
压强下，
平衡转化率
随温度的变化
如图所示。下列说法正确的是
A．
B．高温条件下有利于该反应自发进行
C．
、
下平衡时产物的平衡分压为
D．a、b 两点对应的平衡常数关系为
考点
二
化学反应的
控
调
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 化学反应速率， 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 化学反应速率， 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 、 、 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 及 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 、溶液的 、气体的 (或 )、固体的 以及使用 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 、溶液的 、气体的 (或 )等改变可逆反应的限度，从而 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
反应物的浓
度
反应物的浓度、减小生
成物的浓度
不断地 反应物、及时地 出生成
物
催化剂
加合适的
不需要
加合适的
温度
ΔH＜0
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的
ΔH＞0
在设备条件允许的前提下，尽量采取
并考虑催化剂的
压强
(有气体参
加)
Δνg＜0
在设备条件允许的前提下，尽量采取
Δνg＞0
兼顾速率和平衡，选取
得分速记
1．选择原则：反应速率快，产品含量高
（1）温度
所选温度兼顾反应速率快，产品含量高
①
尽可能选择催化剂的
②
最大温度
（2）压强
所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大
压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本
①
②
（3）催化剂
选用催化效率高的催化剂
①
催化剂对
②
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
某些物质能够使催化剂中毒，失去活性
③
（4）浓度：原料尽可能循环利用
适当增大廉价物质的浓度，
①
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 J·mol－1·K－1。
（2）特点：
① 反应 ② 反应：ΔH<0 ③ 的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS 0， 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
提高平衡混合物中氨的含量
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( MPa)
温度
适宜温度， ℃
催化剂
使用铁触媒做 剂(500℃左右时的活性最大)
浓度
N2和H2的物质的量之比为 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：
A.合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。
B.400～500℃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 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
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
【变式训练1·变载体】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
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
【变式训练2·变题型】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
【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】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
考向2 工业上选择适宜生产条件的原则
例2 温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数
空时收率和
——
CO 的选择性可表示如下：
空时收率
CO 的选择性
某学习小组以反应：
为研究对象，在不
同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO 的选择性
数据如下表所示。
组别
反应温度(℃)
空时收率
CO 的选择性(%)
①
130
0.70
72.5
②
140
0.75
71.0
③
150
0.71
55.6
④
160
0.66
63.3
下列说法正确的是
A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明
B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO 的选择性逐渐降低
C．
时，CO 的选择性最高，说明CO 生成
的转化率最高
D．综合考虑空时收率和CO 的选择性，工业生成
时，选择
效果最好
思维建
模
化学反应适宜条件选择的思维流程和原则
（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
防止催化剂中毒，增加乳化装置；
①
温度对催化剂活性的影响；
②
应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本
③
【变式训练1·变载体】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
中
Ⅱ
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
中出炉气需净化，能防止步骤
中催化剂中毒
Ⅰ
Ⅱ
B．步骤
中通入过量的空气，目的是提高
Ⅱ
SO2的平衡转化率
C．步骤
实际生产中应选择
Ⅱ
和
D．步骤
中吸收塔内常采用逆流喷淋式，提高
Ⅲ
SO3的吸收效率
【变式训练2·变载体】工业上以纯度为98%左右的粗硅为原料制备高纯硅的反应如下：①
；②
。当
、
反应
①
②
体系的压强各为
、
时，分别改变进料比和反应温度，二者对
产率和
的平衡转化率影响如
图1、图2 所示。下列说法正确的是
A．
B．反应
，增加
①
HCl 浓度，反应速率加快，
产率增大
C．反应
更适合在较低温度下进行
①
D．反应
，工业上选择反应温度
②
1300℃更合适
【化工生产与学科知识结合】【变式训练3】二氧化碳催化加氢制甲醇是实现碳转化的重要措
“
”
施，有利于减少温室气体排放，以
为原料合成
涉及的主要反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题：
（1）不同压强下，按照
投料，实验测定
的平衡转化率随温度的变化关系如下图
所示。压强
由大到小的顺序为__________；图中
温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是
__________。
（2）为同时提高
的平衡转化率和
的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。
A.高温、高压
B.高温、低压
C.低温、高压
D.低温、低压
1．（2024·贵州卷）在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温
度下，CH4芳构化时同时存在如下反应：
．
ⅰ
．
ⅱ
回答下列问题：
（1）反应
在
ⅰ
1000K 时 (选填能或不能
“
”
“
”)自发进行。
（2）对催化剂在不同的pH 条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5 种不同pH 条件下处
理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH 为 ，理由是
。
pH
CH4平均转化率/%
芳烃平均产率/%
产物中积碳平均含量/%
2.4
9.60
5.35
40.75
4.0
9.80
4.60
45.85
7.0
9.25
4.05
46.80
10.0
10.45
6.45
33.10
12.0
9.95
4.10
49.45
（3）引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下：
(两个反应可视为同级数的平行反应)
对于同级数的平行反应有
，其中v、k 分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活
化能，A1、A2为定值，R 为常数，T 为温度，同一温度下
是定值。已知
，若要提高苯的产
率，可采取的措施有 。
2．(2025•广东卷) （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。
3．（2025·黑吉辽蒙卷）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
（1）该反应的
0(填“>”或“<”)。
（2）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。
（3）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
]。
已知曲线
表示乙二醇的选择性，则曲线
①
Ⅱ
(填图中标号，下同)表示DMO 的转化率，曲线
表示MG 的选择性。
有利于提高
②
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
483K
③
时，出口处
的值为 (精确至0.01)。
A
④
点反应
的浓度商
(用物质的量分数代替
浓度计算，精确至0.001)。
4．(2025·湖南卷) （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
