大单元四 第二单元 化学反应速率与化学平衡
第6 讲 化学反应的方向与调控
【高考考向预测】
化学反应的方向主要依据焓变、熵变及吉布斯自由能判断反应自发进行的趋势，反应调
控结合速率与平衡原理，分析温度、压强、浓度、催化剂等条件对生产反应的综合优化选择，
常结合工业生产情境、图像数据综合设题；近三年在原理题中频繁考查，考频稳定；预测
2027 年侧重复杂反应自发性判断、工业流程中反应条件的综合取舍，强化理论与实际生产的
结合应用。
【双基自测●明考向】
1．（25-26 高三·全国·一轮复习）反应2CO (g)+2NO (g)⇌2CO2(g)+ N2(g)的Δ S<0。( )
2．（26-27 高三·全国·一轮复习）若一个反应的Δ H >0，ΔS<0，该反应一定不能自发进行。
( )
3．（26-27 高三·全国·一轮复习）反应CH4 (g)+2H2S(g)=CS2(g)+ 4 H2(g)的ΔS<0。( )
4．（26-27 高三·全国·一轮复习）反应2CO (g)+2NO (g)⇌2CO2(g)+ N2(g)的Δ S>0。( )
5．当温度升高时，吸热且熵增加的反应一定能自发进行。( )
6．（26-27 高三·全国·一轮复习）合成氨采用2×10
7~5×10
7Pa，因为该压强下铁触媒的活性
最高。( )
7．（26-27 高三·全国·一轮复习）500℃左右比室温更有利于合成氨反应，提高H2的平衡转化
率。( )
8．（2025 高三·全国·专题练习）非自发反应，一定条件下也能使其反应发生。( )
9．（2025 高三·全国·专题练习）需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应。( )
10．（24-25 高三上·全国·课前预习）放热的反应一定能够自发进行，吸热的反应不能自发进
行。( )
【核心梳理●明考点】
考点一 化学反应的方向
1.自发反应
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.熵和熵变
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量,符号为S。熵值越大,体系混乱度越大。同一条件下,不同物质有不
同的熵值;同一种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
ΔS=S(生成物)-S(反应物)。化学反应的ΔS 越大,越有利于反应自发进行。
3.化学反应方向的判断
焓变
ΔH<0,有自发进行的倾向,但有些ΔH>0 的反应也可自发进行,焓变判断反应进
行的方向不全面
熵变
ΔS>0,有自发进行的倾向,但有些ΔS<0 的反应也可自发进行,熵变判断反应进
行的方向不全面
自由能
ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0 的反应可自发进行,ΔG=0 的反应处于平衡状态,ΔG>0 的反
应不能自发进行
【考点突破●明方向】
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
2.已知一个可逆反应,若正反应为自发过程,则其逆反应为非自发过程,反之,亦然。
(1)已知2CO(g)
CO2(g)+C(s),T=980 K 时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K 时,估计ΔH-
TΔS (填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K 时,估计ΔH-TΔS
0。
(2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15
K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1,设ΔH 和ΔS 不随温度而变化,则此反应自发进
行的温度范围是 。
3.(1)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
。
(2)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 。
考点二 化学反应的调控
1.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,又要注意对二者影
响的矛盾性
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,从而降低生产成
本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性受温度的限制
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。
3.工业合成氨的适宜条件
序号
影响因素
选择条件
(1)
温度
反应温度控制在700 K 左右
(2)
浓度
N2、H2 投料比为1 ∶
2.8
。氨及时从混合气中分离出
去,剩余气体循环使用
(3)
压强
1×107~1×108 Pa
(4)
催化剂
选择铁触媒做催化剂
【考点突破●明方向】
1.铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物质用“ad”表示,下列说
法正确的是( )
A.“吸附”过程吸热,“脱附”过程放热
B.合成氨反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的ΔH=-92 kJ·mol-1
C.降温或加压可以增大反应速率
D.该历程中反应速率最慢的过程为1
2 N 2ad+ 3
2H2===Nad+3Had
2.钾是一种活泼的金属,工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)
+KCl(l)
NaCl(l)+K(g) ΔH>0。
该反应的平衡常数可表示为K=c(K),各物质的沸点与压强的关系见下表:
压强/kPa
13.33
53.32
101.3
K 的沸点/℃
590
710
770
Na 的沸点/℃
700
830
890
NaCl 的沸点/℃
-
-
1 437
KCl 的沸点/℃
-
-
1 465
(1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为 ,而反应的最高温
度应低于 。
(2) 制取钾的过程中, 为了提高原料的转化率可以采取的措施是
。
(3)常压下,当反应温度升高到900 ℃时,该反应的平衡常数可表示为 。
3.Ⅰ.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合
铜(Ⅰ) 溶液来吸收原料气中的CO, 其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3
[Cu(NH3)3]Ac·CO(ΔH<0)。
(1)必须除去原料气中CO 的原因为
。
(2) 醋酸二氨合铜(Ⅰ) 溶液吸收
CO
的生产适宜条件应是
。
(3)吸收CO 后的溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO 的能力以供循环使用。醋酸二氨
合铜溶液再生的生产适宜条件应是 。
Ⅱ.图1 表示接触室中催化剂随温度变化图像,图2 表示SO2的转化率α(SO2)随温度T 及压强p
的变化图像。你认为接触室中最合适的温度和压强是 。
【真题再现●明考向】
1．（2024·湖北·高考真题）O2在超高压下转化为平行六面体的O8分子(如图)。下列说法错误的
是
A．O2和O8互为同素异形体
B．O8中存在不同的氧氧键
C．O2转化为O8是熵减反应
D．常压低温下O8能稳定存在
2．（2023·江苏·高考真题）金属硫化物(MxSy)催化反应CH4 (g)+2H2S(g)=CS2(g)+ 4 H2(g)，既可
以除去天然气中的H2S，又可以获得H2。下列说法正确的是
A．该反应的ΔS<0
B．该反应的平衡常数K = c(CH4)⋅c
2(H2S)
c(CS2)⋅c
4(H2)
C．题图所示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S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1molH2S，转移电子的数目约为2×6.02×10
23
3.(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)
ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105 Pa、n 起始 (CO2)∶n 起始(H2)=1∶4 时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下
反应相同时间所测得的CO2 实际转化率随温度的变化如题图所示。CH4 的选择性可表示为
n生成(C H 4)
n反应(C O2) ×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高
n起始( H 2)
n起始(C O2)的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X 点的值
4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）乙二醇是一种重要化工原料，以合成气(CO、H2)为原料合
成乙二醇具有重要意义。
Ⅰ．直接合成法：2CO (g)+3 H2(g) ⇌
催化剂
❑
HOCH2CH2OH (g)，不同温度下平衡常数如下表所示。
温度
298K
355K
400K
平衡常
数
6.5×10
4 1.0
1.3×10
−3
(1)该反应的Δ H_______0(填“>”或“<”)。
(2)已知CO (g)、H2(g)、HOCH2CH2OH (g)的燃烧热(ΔH)分别为
−akJ⋅mol
−1、−bkJ⋅mol
−1、−ckJ⋅mol
−1，则上述合成反应的ΔH =_______kJ⋅mol
−1(用a、
b 和c 表示)。
(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)。
Ⅱ．间接合成法：用合成气和O2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、Cu/SiO2催化、固定流速条件下，发生上述反应，初始氢酯比n(H2)
n (DMO) =52.4，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=n生成(该物质)
n消耗(DMO)
×100 %]。
①已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，则曲线_______(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
483K
③
时，出口处n(乙醇)
n (DMO)
的值为_______(精确至0.01)。
A
④
点反应MG (g)+2H2(g)⇌HOCH2CH2OH (g)+CH3OH (g)的浓度商Qx=_______(用物质的量分数代
替浓度计算，精确至0.001)。
5.(2024·黑吉辽卷)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
2O2(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)结合以下信息,可知H2的燃烧热ΔH= kJ·mol-1。
H2O(l)===H2O(g) ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH3=-184.6 kJ·mol-1
(3)下列措施可提高M 点HCl 转化率的是 (填标号)。
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
(4)图中较高流速时,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是
。
(5)设N 点的转化率为平衡转化率,则该温度下反应的平衡常数K= (用平衡物质的量分
数代替平衡浓度计算)。
【限时训练】
（60 分钟）
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.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
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
2.已知2A(g)
3B(g)+C(g) ΔH>0,假设ΔH 和ΔS 不随温度而改变,下列说法中正确的是(
)
A.低温下能自发进行
B.高温下能自发进行
C.任何温度下都能自发进行
D.任何温度下都不能自发进行
3.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
4.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
5.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
6.已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件下,下列反应不能自发进行
的是( )
A.2O3(g)===3O2(g) ΔH<0
B.2CO(g)===2C(s)+O2(g) ΔH>0
C.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
7.德国化学家格哈德·埃特尔的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反
应过程,因此获取了诺贝尔化学奖,该反应过程模拟示意图如图。关于合成氨工艺,下列说法正
确的是( )
A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热
B.反应中有极性键的断裂与形成
C.当温度、体积一定时,在原料气中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率
8.据报道,在300 ℃、70 MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)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.升高温度,该反应平衡常数K 一定增大
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
9.N2和H2生成NH3的反应为1
2N2(g)+3
2H2(g)
NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1。
请回答:
(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有 (填字母)。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
(2)pN H 3、pN 2、pH 2为各组分的平衡分压,如pN H 3= xN H 3p,p 为平衡总压,xN H 3为平衡系统中氨气的
物质的量分数,N2、H2起始物质的量之比是1∶3,反应在恒定温度和总压强p(单位是Pa)下进行,
NH3的平衡产率是w,用分压代替物质的量浓度计算平衡常数Kp= 。
能力提升
10.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应:LaNi5(s)+3H2(g)
LaNi5H6(s) ΔH=-301
kJ·mol-1。在某温度下,达到平衡状态,测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是( )
A.当LaNi5的浓度不再变化时,该反应达到平衡状态
B.若温度不变,缩小容器的容积至原来的一半,重新达到平衡时H2的压强等于2 MPa
C.扩大容器的容积,重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强,降低温度,有利于储氢
11.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 4
+、N O3
−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NO3
−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
B.反应的平衡常数可表示为K=
c
2( NO)·c(O2)
c
2( N O2)
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n(O2)
n( NO),NO 的转化率减小
12.已知反应:CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1 充入反应物,不同
压强条件下,H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N 点标记为)。下列有关说法正
确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.N 点时的反应速率一定比M 点的快
C.降低温度,H2的转化率可达到100%
D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
13.(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N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-200 J·K-1·mol-1。
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发。
(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400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了解决方案。
(3)M-LiH 复合催化剂。
下列说法正确的是 (填字母)。
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
(4)某合成氨速率方程为:v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3),根据表中数据,γ= 。
实
验
c( N 2)
mol· L
−1
c( H 2)
mol· L
−1
c( N H 3)
mol· L
−1
v
mol· L
−1·s
−1
1
m
n
p
q
2
2m
n
p
2q
3
m
n
0.1p
10q
4
m
2n
p
2.828q
在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为 (填字母)。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
14.乙烯是石油化工最基本的原料之一。
(1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g)
C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。提高乙烷平衡转化
率的措施有 、 。
(2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:
a.2C2H6(g)+O2(g)
2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2<0
b.2C2H6(g)+5O2(g)
4CO(g)+6H2O(g) ΔH3<0
c.C2H4(g)+2O2(g)
2CO(g)+2H2O(g)
ΔH4<0
氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应 (填
“a”“b”或“c”)的活化能,判断的依据是
。
(3)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1 投料制备乙烯,体系中C2H4和CO 在含
碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。
①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是
。
②在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的是 (填字母)。
A.C2H4产率随温度升高而增大
B.H2O 的含量随温度升高而增大
C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO 的平衡产率
