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第31 讲 化学反应的方向 化学反应的调控
1．下列反应体系中，不属于可逆反应的是( )
A．氮气和氢气合成氨
B．二氧化硫与氧气化合生成三氧化硫
C．水电解生成氢气和氧气与氢气在氧气中燃烧生成水
D．密封容器内二氧化氮和四氧化二氮可以相互转化
【答案】C
【解析】分析：在相同条件下既能向正反应方向进行，也能向逆反应方向进行的反应属于可逆反应。
详解：A. 氮气和氢气合成氨的同时氨气又分解生成氮气和氢气，是可逆反应，A 错误；
B. 二氧化硫与氧气化合生成三氧化硫的同时三氧化硫分解生成氧气和二氧化硫，是可逆反应，B 错误；
C. 水电解生成氢气和氧气与氢气在氧气中燃烧生成水的反应条件不同，不是可逆反应，C 正确；
D. 密封容器内二氧化氮和四氧化二氮可以相互转化属于可逆反应，D 不正确。答案选C。
2．下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )
A．改变外界条件不能改变化学反应的限度
B．当某反应在一定条件下达到反应限度时即达到了化学平衡状态
C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到反应限度
D．当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等
【答案】B
【解析】A、改变影响化学平衡的条件，化学平衡被破坏，平衡移动，即改变化学反应的限度，故A 错误；
B、在一定条件下的可逆反应经过一定的时间后，正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生
变化，这种表面上静止的“平衡状态”就是这个可逆反应所能达到的限度，故B 正确；
C、体系压强可能自始至终都不发生变化，故C 错误；
D、反应达到限度时，正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应物和生成物的浓
度不一定相等，故D 错误；
故选B。
3．下列有关化学反应限度的说法不正确的是( )
A．任何可逆反应的进程都有一定限度
B．化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率
C．化学平衡状态是指一定条件下进行的可逆反应达到的最大限度
1
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D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【答案】D
【解析】化学平衡是在一定条件下的平衡，若条件改变，使v 正≠v 逆，则平衡状态改变，化学反应限度改
变，故D 错误。
4．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
【答案】C
【解析】 反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，非自发反应在改变条件时可以发生，选项
A 错误；熵是指体系的混乱度，同种物质熵值：气态>液态>固态，选项B 错误；反应能自发进行说明：
ΔH－TΔS＜0，由化学方程式NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)可知该反应的ΔS＜0，要使ΔH－TΔS＜0，必须满
足ΔH＜0，选项C 正确；恒温恒压下，ΔH＜0 且ΔS＞0 的反应的ΔH－TΔS＜0，反应一定可以自发进行，
选项D 错误。
5．对于工业合成氨反应 N2(g)+3H2(g)
催化剂
高温高压 2NH3 (g)，以下分析不正确的是（ ）
A．可以通过改变温度、压强可以控制合成氨的反应限度
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间
【答案】C
【解析】A 项，可以改变外界条件控制化学反应的限度，正确；B 项，压强越大，氨的产率越高，正确；
C 项，合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高，错误；D 项，压强越大，氨的产率越高，反应物的转
化率越高，同时，压强越高，化学反应速率越快，缩短到达平衡的时间，正确。
6．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：① 2C（焦炭）＋O2（空气）＝2CO；②
Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO 该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于，而且从高炉出来气体中总是
含有没有利用的CO，下列分析正确的是（ ）
A．CO 没有充分利用是因为CO 与铁矿石接触不充分造成的
B．通过增高反应炉的高度，延长矿石和CO 接触的时间，能减少尾气中CO 的含量
C．CO 没有充分利用是因为反应①中生成的CO 过量
D．CO 与Fe2O3的反应有一定限度
【答案】D
2
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【解析】由于高炉炼铁反应是个可逆反应，存在平衡状态，反应有一定限度，因此反应物不能完全转化为
生成物，增高反应炉的高度，增大CO 与铁矿石的接触，并不能改变化学平衡，CO 的利用率不变，综上所
述，故选D。
7．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以用于制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa 条件
下，白锡转化为灰锡的ΔH＝－2.18 kJ·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。现把由白锡制成的器皿在0 ℃、
100 kPa 的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用 ( )
A．会
B.不会
C．不能确定
D.升高温度才会
【答案】A
【解析】在0 ℃、100 kPa 条件下，白锡转化为灰锡的ΔG＝ΔH－TΔS＝－2.18 kJ·mol －1－273 K×(－
6.61×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－0.375 kJ·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
8.在容积不变的密闭容器中进行反应X(g)+Y(g)=2Z(g)+W(g),已知反应中X、Y 的起始浓度分别为
0.1mol·L-1、0.2mol·L-1在一定条件下，当反应达到化学平衡时，各物质的浓度可能是（ ）
A.X 为0.05mol·L-1
B.Y 为0.1mol·L-1
C.Z 为0.2mol·L-1
D.W 为0.1mol·L-1
【答案】A
【解析】假定完全反应，则：X(g)+ Y(g)
2Z(g)+W(g)
开始(mol·L-1): 0.1 0.2 0 0
变化(mol·L-1): 0.1 0.1 0.2 0.1
平衡(mol·L-): 0 0.1 0.2 0.1
由于该反应为可逆反应，物质不能完全转化，所以平衡时浓度范围：0mol·L-1<c(X)<0.1mol·L-1,
0.1mol·L-1<c(Y)<0.2ml.L-1,0mol.L-1<c(Z)<0.2ml·L-1,0mol·L-1<c(W)<0.1mol·L-1,故A 项正确，B、C、D 项错误。
9．工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比
通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。
下列判断不正确的是( )
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A．由图甲可知，x 小于0.1
B．由图乙可知，丁烯产率先增大后减小，减小的原因是氢气是产物之一，随着增大，逆反应速率减小
C．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动
D．由图丙可知，丁烯产率在590 ℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物
【答案】B
【解析】 增大压强，平衡逆向移动，则丁烯的平衡转化率减小，结合图像可知，x 小于0.1，A 项正确；
加入氢气，平衡逆向移动，丁烯产率上升的可能原因是通入的H2对催化剂有活化作用，减小的原因是氢气
是产物之一，而随着增大，逆反应速率增大，B 项错误。
10．以下是反应：2SO2＋O2
2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。
压强
转化率
温度
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
10 MPa
400 ℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500 ℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600 ℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
试回答下列问题：
(1)提高该化学反应限度的途径：
。
(2)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是 。
【答案】 (1)由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等
(2)500 ℃、0.1 MPa
【解析】在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。前者研究的是化学反应速率，
后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化
学反应限度都存在一定的影响。因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可
以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。
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1．下列事实能说明氯气与水的反应是可逆反应的是( )
A．氯水的漂白作用 B．氯水呈黄绿色，溶液显酸性
C．氯水与氢氧化钠反应 D．氯水与锌反应产生氢气
【答案】B
【解析】分析：能说明氯气与水的反应是可逆反应的事实：改变外界因素，可以引起化学平衡的移动即可，
据氯水中的成分以及性质来回答。
详解：A、氯水的漂白作用是因为其中含有次氯酸，和氯气与水的反应是可逆反应无关，A 错误；
B、氯水呈黄绿色说明其中含有部分氯气分子，说明氯气和水的反应是可逆的，B 正确；
C、氯水与NaOH 反应的原因可以是氯水中的盐酸、次氯酸和氢氧化钠之间的反应，与氯气和水的反应是
可逆的之间没有关系，C 错误；
D、氯水与锌反应产生氢气是因为氯水中含有盐酸的缘故，和氯气和水的反应是可逆的之间没有关系，D
错误；答案选B。
2．下列关于反应速率与化学反应限度的说法正确的是（ ）
A．对于任意化学反应，其他条件不变时，增大压强都一定能加快化学反应速率
B．化学平衡状态不一定是该反应在给定条件下的最大限度
C．可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率相等且都为0
D．反应速率用于衡量化学反应进行的快慢，决定反应速率的主要因素是反应物的性质
【答案】D
【解析】A. 对于任意化学反应，其他条件不变时，增大压强不一定都能加快化学反应速率，压强只能适
用于有气体参加的反应，A 错误；B. 化学平衡状态是该反应在给定条件下的最大限度，B 错误；C. 可逆
反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率相等但不为0，C 错误；D. 反应速率用于衡量化学反应进行
的快慢，决定反应速率的主要因素是反应物的性质，D 正确，答案选D。
3．下列有关化学反应速率及限度的描述错误的是
A．催化剂能改变化学反应的速率
B．一定条件下的可逆反应，反应物的转化率不可能达到100%
C．有气体参加的反应，通过压缩体积增大压强，可以使反应速率增大
D．当化学反应达到其最大限度时，反应就停止了
【答案】D
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【解析】A.加入合适的催化剂，可以加快化学反应速率，A 项正确，不符合题意；
B.可逆反应反应到一定程度，存在限度，反应物不可能达到100% ，B 项正确，不符合题意；
C. “有气体参加的反应，通过压缩体积增大压强”，则可以增大气体反应物的浓度，故能使反应速率增大，
C 正确，不符合题意；
D.“当化学反应达到其最大限度时”，达化学平衡状态，υ 正=υ 逆≠0，即为一种动态平衡，反应并没有停止，
D 错误，符合题意；
本题答案选D。
4． 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
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
【答案】A
【解析】 2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·mol－1，反应气体物质的量减少，ΔS<0，故A 正确；
反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的平衡常数可表示为K＝，故B 错误；使用高效催化剂，反应的焓变不变，
故C 错误；其他条件相同，增大，NO 的转化率增大，故D 错误。
5．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。
6．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
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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)为气体系数增大的反应，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)为气体系数增大的反应，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)为气体系数减小的反应，ΔS＜0，当ΔH＞0 时，ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行，故
D 错误。
7．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。
8．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，
使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该条件下的平衡数据如下表，下列说法正确的是
( )
温度/°C
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/ (×10
－3 mol·L－1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
A.该可逆反应达到平衡的标志之一是混合气体平均相对分子质量不变
B．因该反应熵变ΔS 大于0，焓变ΔH 大于0，所以在低温下正向自发进行
C．达到平衡后，若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量增加
D．根据表中数据，计算15.0 ℃时的NH3平衡浓度为1.6 mol·L－1
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【答案】C
【解析】 根据化学方程式NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)可知，生成的气体的物质的量之比始终是
2∶1，所以气体的平均相对分子质量始终不变，故不能作为达到平衡状态的判断依据，A 项错误；从表中
数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH＞
0；反应中固体变为气体，混乱度增大，ΔS＞0，根据ΔG＝ΔH－TΔS 可知反应在高温下正向自发进行，B
项错误；压缩容器体积，气体压强增大，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增加，C 项正确；反应中
生成的氨和二氧化碳的浓度之比为2∶1，总浓度为2.4×10－3mol·L－1，所以氨的浓度为1.6×10－3mol·L－1，D
项错误。
9．下列就法不正确的是 ( )
A．Na 与H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下两者对H2O2分解速率的改变相同
D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)常温下能自发进行，说明该反应的ΔH<0
【答案】C
【解析】 Na 与H2O 的反应是熵增的放热反应，ΔG＝ΔH－TΔS<0 恒成立，故该反应能自发进行，A 正确；
当ΔH－TΔS<0 时，反应能自发进行，吸热反应的ΔH>0，吸热反应能自发进行，说明ΔS>0，B 正确；
FeCl3和MnO2均可作为催化剂加快H2O2分解，但同等条件下两者对H2O2分解催化效果不同，故对反应速
率的改变不相同，C 不正确；D 中反应为气体体积减小的反应，ΔS>0，若反应能自发进行，则ΔH－
TΔS<0，故反应的ΔH<0，正确。
10．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_________________________________。
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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
【答案】 (1)减小压强 升高温度(或及时移出生成物)
(2)a 制备的目标产品是C2H4，b、c 均为副反应，应加快反应a 的反应速率
(3)①反应a、c 是放热反应，升高温度，a 反应平衡逆向移动程度较大 ②BD
9
