备战2025年高考化学精品教案第七章化学反应速率和化学平衡第4讲化学反应的方向和化学反应的调控（Word版附解析）

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定性与定量相结合视角
（1）能定量计算平衡常数，并能结合定性（平衡移动）视角分析说明平衡常数为何与温度有关而与浓度、压强、催化剂等无关。
（2）能定量计算转化率，并能结合定性视角说明转化率发生变化的原因或判断转化率可能发生的变化。
考点1 化学反应的方向
1.熵
定义：用来描述体系（由大量粒子组成）的无序程度的物理量。
符号：S。熵值越大，体系的无序程度[1] 越大 。
单位：J·ml－1·K－1。
熵的大小：同一种物质，三种聚集状态下，熵值的大小顺序为 S（g）[2] ＞ S（l）[3] ＞ S（s）。
熵变（ΔS）的定义：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。
2.自发反应的判据
3.示例
1.易错辨析。
（1）[天津高考]Na与H2O的反应是
熵增的放热反应，该反应能自发进行。（ √ ）
（2）[天津高考]某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。（ √ ）
（3）[江苏高考]2NO（g）＋2CO（g） N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH＞0。（ ✕ ）
（4）放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行。（ ✕ ）
2.下列反应或过程为熵增加的是 ②④⑤⑥⑦ （填序号）。
①3H2（g）＋N2（g）⇌2NH3（g）
②2N2O5（g） 4NO2（g）＋O2（g）
③Cu2O（s）＋12O2（g） 2CuO（s）
④硝酸铵溶于水的过程
⑤H2O（s）→H2O（l）→H2O（g）的过程
⑥一瓶氯气与一瓶氢气混合的过程
⑦墨水在水中扩散的过程
3.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： 不能实现，因为该反应的ΔH＞0、ΔS＜0，ΔG＝ΔH－TΔS＞0，任何温度下均不能自发进行 。
命题点1 吉布斯自由能判据
1.[2022浙江]AB型强电解质在水中的溶解（可视作特殊的化学反应）表示为AB（s） An＋（aq）＋Bn－（aq），其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是（ D ）
A.ΔH和ΔS均大于零
B.ΔH和ΔS均小于零
C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零
D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
解析 强电解质NaOH溶于水放热，ΔH＜0，强电解质NH4Cl溶于水吸热，ΔH＞0，A、B项错误；AB型强电解质固体溶于水转化为离子，混乱度增加，但离子在水中存在水合过程，使水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变取决于固体转化为离子的熵增和水合过程的熵减两个作用的相对大小，若前者占主导，则溶解过程熵增，反之熵减，C项错误，D项正确。
命题点2 吉布斯自由能判据在实际工业生产中的应用
2.[2022全国甲改编]TiO2 直接氯化反应：
TiO2（s）＋2Cl2（g） TiCl4（g）＋O2（g） ΔH1 ＝＋172 kJ·ml－1
TiO2 碳氯化：
TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s） TiCl4（g）＋2CO（g）
ΔH2＝－51 kJ·ml－1
碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是 碳氯化反应是熵增大的放热反应，正向反应趋势大 。
解析 TiO2直接氯化反应是气体分子数不变的吸热反应，正向反应趋势小；碳氯化反应是熵增大的放热反应，正向反应趋势大。
3.[2022湖南]已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG＜0，则该反应可以自发进行。根据下图判断： 600 ℃时，下列反应不能自发进行的是 C 。
A.C（s）＋O2（g） CO2（g）
B.2C（s）＋O2（g） 2CO（g）
C.TiO2（s）＋2Cl2（g） TiCl4（g）＋O2（g）
D.TiO2（s）＋C（s）＋2Cl2（g） TiCl4（g）＋CO2（g）
解析 结合图像可知600 ℃时，A项、B项中反应的ΔG均小于0，反应可自发进行；C项中反应的ΔG大于0，反应不能自发进行；由于ΔG的值只和反应体系的始态和终态有关，将A项、C项中反应依次编号为①、②，由①＋②可得D项中反应，根据图中数据可得，600 ℃时该反应的ΔG＜0，故该反应可自发进行。C项符合题意。
考点2 化学反应的调控
1.化学反应的调控
既要考虑合适的反应速率因素又要考虑反应限度因素。
2.工业合成氨生产的适宜条件
（1）合成氨反应进行的方向
N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），已知在298 K时，ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1，ΔG＝[1] －33.14 kJ·ml－1（保留两位小数），该反应能正向自发进行。
（2）合成氨反应限度
增大压强、降低温度有利于化学平衡向生成NH3的方向移动。N2和H2的物质的量之比为1∶3（理论投料比）时，平衡转化率最高。
（3）合成氨反应的速率
在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为
（4）工业合成氨适宜条件的选择
注意 N2的吸附分解所需活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤。工业生产时适当提高N2的比例，即按n（N2）∶n（H2）＝1∶2.8投料，并及时分离出NH3，促使平衡正向移动。
1.易错辨析。
（1）合成氨工业采用铁触媒作催化剂，是为了提高反应物的平衡转化率。 （ ✕ ）
（2）工业合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，在任何温度下该反应都可自发进行。（ ✕ ）
（3）工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济效益。（ ✕ ）
2.已知在298 K时，N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
请回答下列问题：
（1）[热力学视角]从化学平衡移动视角分析有利于合成氨的条件： 低温和高压 。
（2）[动力学视角]达到平衡后，升高温度对 逆 （填“正”或“逆”，下同）反应速率影响更大，增大压强（缩小反应器容积）对 正 反应速率影响更大，减小反应物浓度对 正 反应速率影响更大。
（3）[适宜条件的选择]工业上合成氨一般采用500 ℃左右的温度，其原因是（ C ）
①适当增大NH3的合成速率
②提高氢气的转化率
③提高氨的产率
④催化剂在500 ℃左右活性最大
A.①②B.①③
C.①④D.②③④
命题点1 工业合成氨的条件
1.[2022浙江]恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3（g）催化剂 N2（g）＋3H2（g），测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示，下列说法不正确的是（ C ）
A.实验①，0～20 min，v（N2）＝1.00×10－5 ml·L－1·min－1
B.实验②，60 min时处于平衡状态，x≠0.40
C.相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D.相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
解析 由表格中数据可知，实验①，0～20 min， v（N2）＝v（NH3）2＝（2.40－2.00）×10－3ml·L－120min×2＝1.00×10－5 ml·L－1·min－1，A项正确；催化剂表面积的大小只影响反应速率，不影响平衡，实验③中氨气初始浓度与实验①中一样，实验③达到平衡时氨气浓度为4.00×10－4 ml·L－1，则实验①达到平衡时氨气浓度也为4.00×10－4 ml·L－1，而恒温恒容条件下，实验②相对于实验①为减小压强，平衡正向移动，因此实验②60 min平衡时x≠0.40，B项正确；对比实验①②可知，增加氨气的浓度，反应速率不变，C项错误；对比实验①③可知，催化剂表面积增大，反应速率增大，D项正确。
命题点2 工业生产中合适条件的选择
2.[2023浙江改编]水煤气变换反应[CO（g） ＋ H2O（g）⇌ CO2（g）＋H2（g） ΔH＝－41.2 kJ·ml－1]是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热（如图1所示），保证反应在最适宜温度附近进行。
图1图2
（1）在催化剂活性温度范围内，图2中b－c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是 A 。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水（蒸气）
C.通过热交换器换热
（2）若采用喷入冷水（蒸气）的方式降温，在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。
图3
解析 （1）由题图知，b→c降温操作时CO的转化率降低且反应未达平衡。按原水碳比通入冷的原料气，温度降低，反应物的量增加，CO的转化率降低，A项正确；喷入冷水（蒸气），温度降低，但水蒸气浓度增大，促使CO的转化率升高，B项错误；通过热交换器后，反应体系温度降低，但仍在催化剂活性温度范围内，由于温度对反应速率的影响远小于催化剂对反应速率的影响，故CO的转化率基本保持不变，C项错误。（2）若采用喷入冷水（蒸气）的方式降温，则相同温度下CO的平衡转化率增大，据此作图。
素养12 热力学、动力学视角—— 工业合成氨
命题特点：工业合成氨的催化转化，实际应用。合成条件优化→速率和平衡角度→催化剂活性→实际生产设备要求→改变条件对实际产率影响大小。
合成氨是人工固氮最重要的途径。要实现合成氨的工业化生产，应从化学反应的限度和反应速率两方面选择适宜的生产条件。
1.工业上多相催化合成氨。在工业合成氨的过程中，结合生产实际应用热力学、动力学分析，选择合成氨的适宜条件，培养综合应用多视角解决实际问题的能力。
2.在室温下实现氨的合成，以氮气和氢气为原料，利用燃料电池合成氨。
1.[2024贵阳摸底考试]一种在常温、常压下催化电解实现工业合成氨反应的工艺为2N2（g）＋6H2O（l）⇌ 4NH3（g）＋3O2（g） ΔH1＝＋1 530 kJ·ml－1。该反应可分两步完成：
反应Ⅰ N2（g）＋3H2（g）⇌ 2NH3（g） ΔH2＝－92.4 kJ·ml－1
反应Ⅱ 2H2O（l）⇌ 2H2（g）＋O2（g） ΔH3
（1）ΔH3＝ ＋571.6 kJ·ml－1。
（2）将1.00 ml N2和3.00 ml H2充入3 L的恒容密闭容器中模拟反应Ⅰ：
①该反应中物质浓度随时间变化的曲线如图甲所示，0～10 min内，v（H2）＝ 0.075 ml·L－1·min－1 。
②不同温度和压强下测得平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图乙所示，则B、C两点的平衡常数KB ＝ KC（填“＞”“＜”“＝”或“不确定”）；B点时N2的转化率＝ 82％ （保留2位有效数字）。
（3）从图乙中获知反应Ⅰ存在着高温降低平衡产率与低温降低反应速率等调控矛盾。在工业生产中为提高合成氨的产率，通常从以下多个视角来综合考虑合理的工业生产条件：
反应速率的视角：①加入催化剂 ②提高温度（控制在催化剂的活性温度范围内）；
平衡移动和原料的转化率的视角：③ 增大压强 ④ 增大N2的浓度 。
（4）科学家为避免直接破坏键而消耗大量热能，通过新型催化剂降低了反应路径（如图丙）中决速步的能垒，使该反应在常温、常压下采用电化学方法也能实现，反应装置如图丁所示：
①反应路径中的决速步为 Ⅱ （填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”）。
②阴极上的电极反应式为 N2＋6H＋＋6e－ 2NH3 。
解析 （1）由盖斯定律知，ΔH3＝ΔH1－2ΔH23＝＋571.6 kJ·ml－1。（2）①由图甲可知，从反应开始到达到平衡，X、Y的浓度变化量分别为0.50 ml·L－1和0.75 ml·L－1，变化量之比为2∶3，所以X为NH3、Y为H2，则0～10 min内v（H2）＝0.75 ml·L－1÷10 min＝0.075 ml·L－1·min－1。②由于B、C两点的温度相同，平衡常数只与温度有关，因此KB＝KC；B点平衡体系中氨的体积分数为70％，设氮气的转化率为x，则平衡时氢气和氨气的变化量分别为3x ml和2x ml，平衡体系中共有（4－2x） ml气体，所以2x4－2x×100％＝70％，解得x≈82％。（3）根据影响平衡移动的因素分析，该反应是气体分子数减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，从而提高原料转化率；N2较易得到、价廉，增大N2的浓度也可使平衡正向移动，同时能提高H2的转化率。（4）①反应路径中的决速步为活化能最高的一步，故决速步为Ⅱ。②与电源负极相连的电极为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为N2＋6H＋＋6e－ 2NH3。
2.[2023新课标卷改编]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。合成氨反应12N2（g）＋32H2（g） NH3（g）的能量转换关系如图1所示。回答下列问题：
（1）研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行（*表示催化剂表面吸附位，N2*表示被吸附于催化剂表面的N2）。判断上述反应机理中，速率控制步骤（即速率最慢步骤）为 （ⅱ） （填步骤前的标号），理由是 氮氮三键的键能最大，使其断裂需要的能量最多 。
（ⅰ）N2（g）＋*⇌N2*
（ⅱ）N2*＋*⇌2N*
（ⅲ）H2（g）＋*⇌H2*
（ⅳ）H2*＋*⇌2H*
（ⅴ）N*＋H*⇌NH*＋*
……
（…）NH3*⇌NH3（g）＋*
图2 反应机理
（2）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。（物质i的摩尔分数：xi＝ni/n总）
①图中压强由小到大的顺序为 p1＜p2＜p3 ，判断的依据是 工业合成氨为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，温度相同时，压强越大，平衡时氨的摩尔分数越大 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 图4 。
③图3中，当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝ 33.33％ 。该温度时，反应12N2（g）＋32H2（g）⇌NH3（g）的平衡常数Kp＝ 336 MPa－1（化为最简式）。
解析 （1）根据图1能量转换关系可知，键能：键＞H—H键，断裂键需要吸收的能量最多，结合图2反应机理知，步骤（ⅱ）为该反应的速率控制步骤。（2）①工业合成氨为气体分子数减小的反应，当温度相同时，压强越大，平衡时混合气体中氨的摩尔分数越大，结合图3或图4均能得出压强由小到大的顺序为p1＜p2＜p3。②Ar不参与化学反应，含Ar的进料组成中H2、N2的分压较小，导致平衡时混合气体中氨的摩尔分数减小，结合两图可知，图4表示进料组成中含有Ar。③结合p2＝20 MPa、xNH3＝0.20，以及图3对应的进料气的组成，设进料气中N2和H2的物质的量分别为0.25 ml和0.75 ml，达平衡时N2的转化量为x ml，列“三段式”：
12N2（g）＋32H2（g）⇌NH3（g）
起始量/ml 0.25 0.75 0
变化量/ml x 3x 2x
平衡量/ml 0.25－x 0.75－3x 2x
xNH3＝0.20，则2x（0.25－x）＋（0.75－3x）+2x＝0.20，解得x＝112，则N2的转化率α＝1120.25×100％≈33.33％。此时N2、H2、NH3对应的平衡分压分别为15p2、35p2、15p2，则Kp＝15p2（15p2）12·（35p2）32，整理并代入p2＝20 MPa得Kp＝336 MPa－1。
1.[2022浙江] 尖晶石矿的主要成分为MgAl2O4（含SiO2杂质）。已知：MgAl2O4（s）＋4Cl2（g） MgCl2（s）＋2AlCl3（g）＋2O2（g） ΔH＞0。该反应难以发生，但采用“加炭氯化法”可以制备MgCl2和AlCl3，同时还可得到副产物SiCl4（SiCl4沸点为58 ℃，AlCl3在180 ℃升华）：MgAl2O4（s）＋4C（s）＋4Cl2（g） 高温 MgCl2（s）＋2AlCl3（g）＋4CO（g）。下列说法不正确的是（ D ）
A.制备时要保持无水环境
B.输送气态产物的管道温度要保持在180 ℃以上
C.氯化时加炭，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量
D.为避免产生大量CO2，反应过程中需保持炭过量
解析 AlCl3、MgCl2均易水解，且高温下C与H2O反应，故制备时需保持无水环境，A项正确；为保证AlCl3为气态，且防止其凝华堵塞管道，必须保持管道温度高于AlCl3的升华温度，B项正确；高温时C转化为CO，放出热量，为氯化提供了能量，加入C，消耗生成物O2，增大了反应的趋势，C项正确；高温时C过量得到的固体中可能混有Si，D项错误。
2.[天津高考]CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4（g）＋CO2（g）催化剂 2CO（g）＋2H2（g）
按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图所示。此反应优选温度为900 ℃的原因是 根据题图知，900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升高，经济效益降低 。
3.[浙江高考]乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：
CH3COOH（l）＋C2H5OH（l） 浓 H2SO4 △ CH3COOC2H5（l）＋H2O（l） ΔH＝－2.7 kJ·ml－1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：
请完成：
（1）关于该反应，下列说法不合理的是 BC 。
A.反应体系中硫酸有催化作用
B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零
C.因为反应的ΔH接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大
D.因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
（2）一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝ 0.667或66.7％ ；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图1中绘制x随n变化的示意图（计算时不计副反应）。
图1
（3）工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71 ℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有 提高乙醇平衡转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物的分离 。
（4）近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：
2C2H5OH（g）催化剂 △ CH3COOC2H5（g）＋2H2（g）
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图2所示。关于该方法，下列推测合理的是 ACD 。
图2
A.反应温度不宜超过300 ℃
B.增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C.在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D.提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
解析 （1）根据反应的化学方程式可知，反应体系中硫酸作催化剂，A项合理；该反应的ΔS不等于零，B项不合理；因为反应的ΔH接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响小，C项不合理；因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计，D项合理。（2）设起始时乙酸和乙醇的物质的量均为b ml，达到平衡时生成乙酸乙酯a ml，利用“三段式”法进行求解：
CH3COOH（l）＋C2H5OH（l）浓硫酸 △ CH3COOC2H5（l）＋H2O（l）
起始量/ml b b 0 0
转化量/ml a a a a
平衡量/ml b－a b－a a a
K＝a2（b－a）2＝4.0，解得a＝23b，所以乙酸乙酯的平衡产率为66.7％。乙酸与乙醇按照化学计量数之比投料时，乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值，所以n＝1时，乙酸乙酯的物质的量分数最大，且最大值为13，据此画出图像。（4）根据题图2，可知反应温度不宜超过300 ℃，A项合理；增大体系压强，该反应的平衡逆向移动，不利于提高乙醇的平衡转化率，B项不合理；由题图2可知，在275～300 ℃时，乙醛的质量分数逐渐减小，乙酸乙酯的质量分数逐渐增大，所以乙醛是反应历程中的中间产物，C项合理；有机反应中副反应较多，提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键，D项合理。

1.[2024北京大学附属中学月考]下列有关说法不正确的是（ C ）
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，因此该反应一定是熵增反应
C.通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行
D.反应NH3（g）＋HCl（g） NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
解析 当ΔS＞0、ΔH＜0时，一定满足ΔH－TΔS＜0，反应一定能自发进行，A项正确、C项错误；吸热反应可以自发进行，ΔH＞0，若要满足ΔH－TΔS＜0，则必须是熵增的反应，B项正确；反应NH3（g）＋HCl（g） NH4Cl（s）为熵减的反应，若在室温下可自发进行，则必须满足ΔH－TΔS＜0，则ΔH一定小于0，D项正确。
2.[2024广东肇庆检测]可逆反应A（g）＋B（g）⇌2C（g）＋D（g）进行过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是（ C ）
A.该反应的ΔH＞0，ΔS＜0
B.升高温度，平衡常数增大
C.由ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应在任何温度下都能自发进行
D.升高温度，平衡向正反应方向移动
解析 由题图可知，生成物的总能量低于反应物的总能量，该反应的 ΔH＜0，由化学方程式可知，ΔS＞0，A项错误；ΔH＜0，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，B、D项错误；ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应在任何温度下都能自发进行，C项正确。
3.[2023南京六校联考]随着人们环保意识的增强，燃油汽车都已经装上了尾气处理装置。汽车尾气在催化剂作用下可发生如下反应：2NO（g）＋2CO（g）催化剂 2CO2（g）＋N2（g），下列说法不正确的是（ C ）
A.该反应能自发进行，ΔH﹤0
B.反应的平衡常数表达式为K＝c（N2）·c2（CO2）c2（NO）·c2（CO）
C.反应中每消耗1 ml NO，转移电子的数目约等于4×6.02×1023
D.实际应用中加入高效催化剂，燃油汽车排放的尾气对空气污染程度减小
解析 该反应的气体分子数减少，ΔS＜0，反应能自发进行，说明ΔH－TΔS＜0，则ΔH＜0，A项正确；该反应的平衡常数表达式为K＝c（N2）·c2（CO2）c2（NO）·c2（CO），B项正确；该反应转移4e－，则每消耗1 ml NO，转移电子的数目约等于2×6.02×1023，C项错误；加入高效催化剂，有利于燃油汽车排放的尾气快速转化为无毒的CO2和N2，从而减少对空气的污染，D项正确。
4.[2024山西大学附属中学诊断]开发CO2催化加氢合成甲醇技术是有效利用CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH＝－49.01 kJ·ml－1。下列有关说法正确的是（ D ）
A.升高温度有利于提高H2（g）的平衡转化率
B.增大体系压强，有利于增大反应速率，但不利于提高CO2的平衡转化率
C.提高CO2与H2的进料比，一定可以提高CH3OH的百分含量
D.加入合适的催化剂，能提高单位时间内CH3OH的产量
解析 由题干反应方程式可知，该反应是放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，H2（g）的平衡转化率降低，A错误。增大体系压强，各物质的浓度增大，反应速率增大；该反应是气体分子数减小的反应，增大体系压强，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，B错误。根据勒夏特列原理可知，提高CO2与H2的进料比，可以使平衡正向移动，但平衡移动的结果只能减弱这种变化，故不一定可以提高CH3OH的百分含量，例如大幅度增大CO2的用量，则CO2的百分含量增大很多，H2和CH3OH的百分含量减小，C错误。加入合适的催化剂，能加快化学反应速率，缩短反应达到平衡时间，所以能提高单位时间内CH3OH的产量，D正确。
5.[2023沈阳模拟]氨的催化氧化是工业制硝酸的基础，其反应机理如图1。在1 L密闭容器中充入1 ml NH3和2 ml O2，测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。下列说法错误的是（ C ）

图1 图2
A.加入Pt－Rh合金的目的是提高反应的速率
B.氨催化氧化的最佳温度应控制在840 ℃
C.520 ℃时，NH3的转化率为40％
D.840 ℃以上，发生了反应：2NO（g）⇌O2（g）＋N2（g） ΔH＞0
解析 Pt－Rh合金作催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率，A项正确；根据图2可知840 ℃时氨催化氧化生成的NO最多，B项正确；520 ℃时，生成0.2 ml NO和0.2 ml N2，根据氮原子守恒可知有0.6 ml NH3发生反应，则NH3的转化率为60％，C项错误；840 ℃以上，N2的产率上升、NO的产率下降，说明发生了反应2NO（g）⇌O2（g）＋N2（g），升高温度，N2产率增加，说明该反应的正反应是吸热反应，ΔH＞0，D项正确。
6.[2024陕西西安检测]SO2（g）、O2（g）和N2（g）起始物质的量分数分别为7.5％、10.5％和82％时，在 0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下发生反应：2SO2（g）＋O2（g）催化剂 2SO3（g），SO2的平衡转化率α随温度T的变化如图所示。下列说法正确的是（ A ）
A.压强大小顺序为p1＞p2＞p3
B.该反应在常温常压下进行最有利于提高效益
C.恒容条件下，增加N2初始用量，α增大
D.其他条件不变，若将SO2、O2初始用量调整为2∶1，则α增大
解析 该反应为气体分子数减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，所以p1＞p2＞p3，A项正确；虽然升高温度，SO2的平衡转化率减小，但实际生产当中除了考虑平衡转化率外，还需要考虑反应速率，常温下反应速率较慢，不利于提高效益，且该反应为气体分子数减小的反应，较高的压强有利于反应正向进行，B项错误；恒容恒压条件下，氮气的初始用量增大，则参与反应的气体的分压减小，相当于减小压强，平衡逆向移动，α减小，C项错误；当SO2的量一定时，氧气的用量越大，α越大，其他条件不变，若将SO2、O2初始用量调整为2∶1，相当于减少了氧气的用量，α减小，D项错误。
7.[2023辽宁]硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：
SO2（g）＋12O2（g）⇌SO3（g） ΔH＝－98.9 kJ·ml－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）与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是 cd 。
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下图所示，催化性能最佳的是 d （填标号）。
解析 （1）由图可知，温度高于一定值时，温度升高，反应速率减小，a错误；相同温度下，存在转化率大于0.88的情况，则α＝0.88的曲线不能代表平衡转化率，b错误；由图可知，α越大，反应速率最大值对应温度越低，c正确；可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度，d正确。（2）根据图示可知，在相同温度下d催化剂对应的SO2转化率最高，催化性能最佳。
8.[2022辽宁]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·ml－1 ΔS＝－200 J·K－1·ml－1。
回答下列问题：
（1）合成氨反应在常温下 能 （填“能”或“不能”）自发。
（2） 高 温（填“高”或“低”，下同）有利于提高反应速率， 低 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，我国科学家提出了两种解决方案。
（3）方案一：双温－双控－双催化剂。使用Fe－TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差（如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃）。
下列说法正确的是 ab 。
a.氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b.N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
（4）方案二：M－LiH复合催化剂。
下列说法正确的是 a 。
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
（5）某合成氨速率方程为：v＝k·cα（N2）·cβ（H2）·cγ（NH3），根据表中数据，γ＝ －1 ；
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为 a 。
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
解析 （1）常温下，合成氨反应的ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1＋298 K×200×10－3 kJ·K－1·ml－1＝－32.8 kJ·ml－1＜0，故合成氨反应在常温下能自发。（2）高温有利于提高反应速率；而合成氨反应是放热反应，低温可使平衡正向移动，有利于提高平衡转化率。（3）合成氨反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，提高氨的平衡产率，a正确，c错误；温度升高，反应速率加快，有利于提高合成氨反应速率，b正确，d错误。（4）由图可知，300 ℃时复合催化剂比单一催化剂反应速率快，催化效率高，a正确；催化剂不能改变平衡状态，故不能提高氨的平衡产率，b错误；催化剂在一定的温度范围内具有活性，而不是温度越高，催化活性越高，c错误。（5）将1、3组实验数据代入速率方程，然后两式相除得出γ＝－1。分离出氨，使产物浓度降低，平衡正向移动，a正确；NH3不会使催化剂中毒，b错误；分离出氨不会提高正反应速率，c错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。
2.认识化学变化是有条件的，学习运用变量控制方法研究化学反应，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
3.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
4.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用
化学反应
的方向
2022年6月浙江，T29；2022年1月浙江，T20；2022湖南，T17；2019年4月浙江，T30
变化观念与平衡思想：能从反应现象中提取信息，建立物质、外界条件与化学反应方向、限度和速率的关系；能利用反应规律解释生产、生活中的条件选择或现象等；能基于反应速率、平衡移动的影响因素调控化学反应；能基于反应规律，从反应方向、速率、限度等角度优化反应条件
化学反应
的调控
2023辽宁，T18；2022山东，T17；2022海南，T16；2022年6月浙江，T24；2022年1月浙江，T29；2021江苏，T14
命题分析预测
1.氨催化氧化法制备硝酸工艺中的相关反应经常会作为命题载体，综合考查化学反应原理的相关知识，其中氨的催化氧化反应历程分析、正逆反应速率表达式等都是常考点，需要考生重点理解与掌握。
2.2025年高考可能仍会考查真实情境下外界条件如温度、催化剂、压强等对反应速率和化学平衡的影响和调控，双重因素影响下转化率变化的原因，反应达到平衡与未达到平衡时，反应速率、转化率与平衡移动的关系
判据
内容
注意事项
焓判据
放热反应过程中体系能量降低（ΔH＜0），有利于反应自发进行
有些吸热反应也可以自发进行，故不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行
熵判据
熵增加（ΔS＞0）有利于反应自发进行
有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，故不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行
吉布斯自由能判据（ΔG＝ΔH－TΔS）
ΔG[4] ＜ 0，则反应能自发进行
ΔG[5] ＞ 0，则反应不能自发进行；ΔG＝0，则反应处于平衡状态
化学反应
ΔH/
（kJ·ml－1）
ΔS/
（J·ml－1·K－1）
能否自发进行
2KClO3（s） 2KCl（s）＋3O2（g）
－78.03
＋494.4
ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行
CO（g） C（s，石墨）＋12O2（g）
＋110.5
－89.4
ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行
4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g） 4Fe（OH）3（s）
－444.3
－280.1
ΔH＜0，ΔS＜0，低温下能自发进行
CaCO3（s） CaO（s）＋CO2（g）
＋178.2
＋169.6
ΔH＞0，ΔS＞0，高温下能自发进行
含义
通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行
需要考
虑的实
际因素
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。此外，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
催化剂
温度
压强
采用[2] 铁触媒 为催化剂（填催化剂名称），该催化剂在500 ℃左右时活性最大
采用400～500 ℃，原因是[3] 使催化剂的活性较高
采用10 MPa～30 MPa。压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力越大，会大大增加生产投资，降低综合经济效益
编号
时间/minc（NH3）/
（10－3 ml·L－1）
表面积/cm2
0
20
40
60
80
①
a
2.40
2.00
1.60
1.20
0.80
②
a
1.20
0.80
0.40
x
③
2a
2.40
1.60
0.80
0.40
0.40
纯物质
沸点/℃
恒沸混合物（质量分数）
沸点/℃
乙醇
78.3
乙酸乙酯（0.92）＋水（0.08）
70.4
乙酸
117.9
乙酸乙酯（0.69）＋乙醇（0.31）
71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯（0.83）＋乙醇（0.08）＋水（0.09）
70.2
实验
c（N2）ml·L－1
c（H2）ml·L－1
c（NH3）ml·L－1
vml·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