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人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向习题
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这是一份人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向习题，共18页。
一、自发过程与自发反应的比较
二、化学反应的方向与焓变的关系
1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
(1)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1，该反应在常温下能自发进行。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
2．自发反应与焓变的关系
大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。
三、化学反应的方向与熵变的关系
1．熵的含义
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
2．影响熵大小的因素
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
eq \x(自发进行的化学反应)—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—大多数是熵增加的反应,—也有些是熵减小的反应))
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·ml－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
四、化学反应的调控
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
3．工业合成氨的适宜条件
(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。
(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
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。
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。
【核心归纳】
1．复合判据
(1)判据
(2)温度对反应方向的影响
2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
【必备知识基础练】
1．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ∆H<0。下列说法不正确的是
A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率
C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率
D．反应后尾气中的SO2必须回收
【答案】A
【解析】A．为使SO2尽可能多地转化为SO3即平衡正向移动，同时考虑到温度对速率的影响，工业生产中的反应温度并不是越低越好，A错误；
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率，B正确；
C．通入过量的空气促使平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，C正确；
D．二氧化硫在转化中并未达到100%转化且二氧化硫有毒性的污染性气体需回收并循环利用，D正确；
故选A。
2．（2023春·江苏扬州·高二扬州大学附属中学校考期中）对于反应 。下列说法正确的是
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大
C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【解析】A．该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；
C．O2是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应物O2浓度，能提高反应物SO2的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO2的平衡转化率提高，C正确；
D．使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；
故合理选项是C。
3．（2023秋·广东梅州·高二广东梅县东山中学校联考期末）下列说法正确的是
A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应
B．的反应一定能自发进行
C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数
D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml
【答案】D
【解析】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误；
B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误；
C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误；
D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml，故D正确。
综上所述，答案为D。
4．（2023春·陕西宝鸡·高二统考期中）下列推论正确的是
A．S(g)+O2(g)=SO2(g) △H1，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2；则：△H1＞△H2
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H =-57.4kJ/ml，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9kJ/ml，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行
【答案】B
【解析】A．固态硫变为气态硫是吸热过程，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生的热量多，但反应热为负值，△H1＜△H2，故A错误；
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4 kJ/ml，即在稀溶液中1ml NaOH完全反应放出57.4kJ热量，则含20g NaOH即0.5ml的稀溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ，故B正确；
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9 kJ/ml，则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石的能量高于石墨的能量，则石墨比金刚石稳定，故C错误；
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，高温下才能使，故高温下能自发进行，故D错误；
答案选B。
5．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）下列关于工业合成氨的叙述中错误的是
A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
【答案】B
【解析】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；
B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；
C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；
D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；
故答案选B。
6．（2023春·浙江·高二校联考期中）一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：
下列说法正确的是
A．4s内反应的平均速率
B．该反应的平衡常数
C．此温度下，若该容器中有、和，则反应逆向进行
D．当容器内密度保持不变时，该反应达到平衡状态
【答案】B
【分析】一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。8s时反应达平衡，此时生成SO3的物质的量为3.6ml，则可建立如下三段式：
【解析】A．4s内SO3的物质的量为2.8ml，则消耗O2的物质的量为1.4ml，反应的平均速率，A不正确；
B．该反应的平衡常数K==810，B正确；
C．此温度下，若该容器中有、和，则浓度商Q==128＜810，反应正向进行，C不正确；
D．容器的体积始终不变，混合气的质量始终不变，则容器内气体的密度始终不变，当容器内密度保持不变时，该反应不一定达到平衡状态，D不正确；
故选B。
7．（2023春·江苏常州·高二统考期中）对于反应 ，下列说法正确的是
A．该反应在任何温度下均能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率
【答案】D
【解析】A．，该反应在低温下均能自发进行，故A错误；
B．反应的平衡常数可表示为，故B错误；
C．催化剂能降低反应的活化能，不能改变焓变，故C错误；
D．升温、加压和使用催化剂，都能增大反应速率，加快的生成速率，故D正确；
选D。
8．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ∆H>0。下列说法不正确的是
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
【答案】D
【解析】A．气体分子总数增加，则，A正确；
B．由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；
C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；
D．因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应不一定达到平衡状态， D不正确；
答案选D。
【关键能力提升练】
9．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是
A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能
B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数
C．该条件下温度越低，越有利于工业生产
D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%
【答案】D
【解析】A．根据盖斯定律I-Ⅱ可得反应ⅢCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3=-49kJ·ml-1-41kJ·ml-1=-90kJ·ml-1；ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，故反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能，A错误；
B．反应Ⅱ的正反应是吸热反应，生成物中有CO，温度升高，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO的物质的量分数增大；反应Ⅲ的正反应是放热反应，反应物中有CO，温度升高，反应Ⅲ的平衡逆向移动，CO的物质的量分数也会增大，也就是说，温度升高，CO的产量变大，则CO在含碳产物的物质的量分数增大，故符合这个规律的是曲线n，B错误；
C．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的产率，但并不是温度越低越好，因为温度太低反应速率太慢，C错误；
D．根据题意设起始量n(CO2)=1ml，n(H2)=3ml，平衡时甲醇和CO的物质的量相等，设CH3OH物质的量为 xml，则CO 的物质的量也为xml，270℃时CO2的转化率为25%，则平衡时CO2的物质的量为0.75ml，根据碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根据氧守恒，水的物质的量为：2ml-0.75ml×2-0.125ml-0.125ml=0.25ml，根据氢守恒，氢气的物质的量为=2.5ml，则反应后总的物质的量0.75ml+0.125ml+0.125ml+2.5ml+0.25ml=3.75ml，则平衡体系中H2的体积分数为=66.7%，D正确；
答案选D。
10．（2023春·河北廊坊·高二固安县第一中学校联考开学考试）在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是
A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：
B．a点时，Y(g)的转化率为50%
C．T3℃下，平衡常数K=4
D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率
【答案】A
【分析】在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，设a点时，参加反应X的物质的量为nml，则可建立如下三段式：
则1-n=n，n=0.5ml。
【解析】A．对于可逆反应，温度越高，反应速率越快，T1＜T2＜T3，则从反应开始到各点时的平均化学反应速率：，A错误；
B．a点时，Y(g)的转化率为=50%，B正确；
C．T3 ℃下，平衡常数K==4，C正确；
D．从图中可以看出，当反应进行到b点时，反应达平衡状态，升高温度，X的百分含量增大，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，所以降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率，D正确；
故选A。
11．（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【答案】D
【解析】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；
B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；
C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；
D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；
故选D。
12．（2023春·安徽·高二校联考期中）将放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，剩余。此条件下可以发生如下反应：①；②，已知反应②的，是压强平衡常数(用分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。下列说法错误的是
A．时刻，共消耗B．时刻，容器中的分压为
C．时刻，容器中气体总物质的量为D．起始时，容器中
【答案】B
【分析】放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，则硫完全反应生成0.8ml二氧化硫、同时消耗0.8ml氧气，剩余：
总的物质的量为1.0ml，则，a=0.25ml；
【解析】A．由分析可知，时刻，共消耗，A正确；
B．时刻，容器中的分压为，B错误；
C．时刻，容器中气体总物质的量为，C正确；
D．起始时，容器中，D正确。
故选B。
13．（2023春·山东滨州·高二统考开学考试）工业上可用甲烷氧化制备甲醛，该反应的副产物主要有CO、。在一定容积的密闭容器中加入某催化剂，按物质的量之比1∶1投入甲烷和氧气，分别于不同温度下反应相同时间，测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如图所示。
(注：HCHO的选择性=)
下列说法错误的是
A．制备甲醛的反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．低于650℃时，随温度的升高，甲烷的转化率增大的原因可能是温度升高，反应速率加快
C．650℃时，体系中
D．650℃时，甲醛的产率为20%
【答案】AC
【解析】A．由图可知甲醛的选择性随温度的升高始终降低，可知升温不利于HCHO的生成，该反应为放热反应，则正反应的活化能小于逆反应活化能，故A错误；
B．低于650℃时，由于反应速率较慢，测定转化率时反应为平衡，随温度升高，反应速率加快，相同时间内甲烷的转化率增大，故B正确；
C．设初始投料为1ml甲烷和1ml氧气，650℃时，甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5ml，HCHO的选择性为40%，HCHO的实际产量为0.5ml×40%=0.2ml，此时CO的选择性也为40%，则CO的产量为0.5ml×40%=0.2ml，根据碳原子守恒，此时=1-0.5-0.2-0.2=0.1ml，体系中，故C错误；
D．设初始投料为1ml甲烷和1ml氧气，根据碳元素守恒可知，理论上最多生成1mlHCHO，据图可知此温度下甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5ml，，HCHO的选择性为40%，所以HCHO的实际产量为0.5ml×40%=0.2ml，平衡产率为，故D正确；
故选：AC。
14．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+172kJ•ml-1，Kp1=1.0×10-2
(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H2=-51kJ•ml-1，Kp2=1.2×1012Pa
①对于直接氯化反应：增大压强，平衡______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率______(填“变大”“变小”或“不变”)。
②直接氯化的反应趋势远小于碳氯化，其原因是______。
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2按物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=______Pa(≈8.5)。
②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是______。
(3)TiO2直接氯化和碳氯化都属于“气—固”反应，工业生产中有利于“气—固”充分接触的措施是______。
【答案】(1) 不 变大 直接氯化的体系是气体分子数不变、且是吸热过程，而碳氯化反应气体分子数增加，△H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程
(2) 850 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
(3)将固体粉碎后加入反应容器，鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”
【解析】（1）①对于直接氯化反应，反应后气体分子数不变，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡不移动；该反应是吸热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向右移动，则平衡转化率变大；
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；
（2）①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，Cl2是0，反应C(s)+CO2(g)=CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)===850；
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益。
（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
15．（2023秋·高二课时练习）二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应，该反应的________（填“>”“<”或“=”，下同）0，_________0，在低温下，该反应________（填“能”或“不能”）自发进行。
（2）的转化途径之一是首先利用太阳能或生物质能分解水制，然后将与转化为甲醇或其他化学产品。你认为该方法需要解决的技术问题有__________（填字母）。
a．开发高效光催化剂
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，并与发生催化转化
c．二氧化碳及水资源的供应
【答案】 > > 不能 ab
【解析】（1）该反应是分解反应，且为CO的燃烧反应的逆向反应，因CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即，因气体的物质的量增多，所以,时，反应可自发进行，所以在高温下，该反应能自发进行，在低温下，该反应不能自发进行，故答案为：＞；＞；不能；
（2）a．开发高效催化剂，可以促使与转化为甲醇或其他化学产品，a符合题意；
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，使其与发生催化转化，b满足题意；
c．二氧化碳和水供应充足，不用考虑，c不满足题意；
故答案为：ab；
【学科素养拔高练】
16．（2023春·上海宝山·高二上海市行知中学校考期中）努力实现碳达峰、碳中和展现了我国积极参与和引领全球气候治理的大国担当，其中对于CO2的综合利用是实现碳中和的保证。
I.回收利用CO2解决空间站供氧问题物质转化如图所示：
反应A为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的关键步骤。
(1)将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密闭容器中发生反应A，在相同时间内测得H2O的物质的量分数与温度的变化曲线如图所示。理论上能提高CO2平衡转化率的措施为______(单选)。
A．升高温度B．及时从体系中移走水蒸气
C．恒容条件下向容器中冲入氩气D．提高原料气中CO2的比例
(2)下列能说明反应A已达平衡的是______(单选)。
A．生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)
B．容器内混合气体的密度保持不变
C．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
D．容器内CO2与H2物质的量之比保持不变
(3)空间站的反应器内，通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是______。
(4)在容积为1L的密闭容器中充入4mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，测得10min时反应达到平衡状态，此时容器内H2O(g)的体积分数为0.25，若此时向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，则该平衡将向着______方向移动(填“正”或“逆”)。
II.某研究团队利用2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)生产乙烯。
在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比[]充入H2(g)和CO2(g)，在一定条件下CO2(g)的平衡转化率与温度的关系如图所示。
(5)下列说法不正确的是______(不定项)。
A．该反应的正反应活化能E1＞逆反应活化能E2
B．氢碳比：①＞②
C．在氢碳比为2.0时，Q点：v(正)＜v(逆)
D．该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变
(6)在上述2L的密闭容器中充入2mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，10min后到达P点，那么这10min内H2O(g)的反应速率为______。
【答案】(1)B
(2)C
(3)前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率
(4)正
(5)AC
(6)0.05ml•L-1•min-1
【解析】（1）A．升高温度，H2O的物质的量分数减小，说明平衡向逆反应方向进行，CO2平衡转化率降低，A错误；
B．及时从体系中移走水蒸气，平衡向正反应方向进行，CO2平衡转化率提高，B正确；
C．恒容条件下向容器中冲入氩气，各组分的浓度不变，平衡不移动，CO2平衡转化率不变，C错误；
D．提高原料气中CO2的比例，平衡向正反应方向移动，但是CO2起始量变大，CO2平衡转化率降低，D错误；
故答案为：B。
（2）A．CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)，根据反应可知生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)，未知H2的消耗量和H2O水的生成量，无法对比正逆反应的速率大小，不能确定反应是否平衡，A错误；
B．恒容容器，体积不变，混合气体总质量不变，混合气体的密度一直保持不变，不能确定反应是否平衡，B错误；
C．反应前后计量数之和不相等，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明混合气体的物质的量之和不变，各组分的物质的量保持不变，则反应达到平衡，C正确；
D．投料比和化学计量数相等，则容器内CO2与H2物质的量之比始终与投料比相同，保持不变，正逆反应速率是否相等无法确定，不能确定反应是否平衡；
故答案为：C。
（3）通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率；
故答案为：前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率。
（4）向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，反应物浓度增加，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正；
（5）A．温度升高，CO2(g)的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，该反应的正反应活化能E1<逆反应活化能E2，A错误；
B．氢碳比越大，二氧化碳的转化率越高，则①＞②，B正确；
C．P点达到平衡，Q点没有达到平衡，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，C错误；
D．CO2中C原子价电子对数为2+=2，sp杂化，C2H4中的C原子的价电子对数为3+=3，sp2杂化，该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变，D正确；
故答案为：AC。
（6）10min内转化CO2的物质的量为1ml ×50%=0.5ml，根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H4(g)+4H2O(g)可知，生成水的物质的量为1ml，则10min内H2O(g)的反应速率为；
故答案为：0.05ml•L-1•min-1。
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
高压
温度
高温
低温
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂
使用
无影响
使用
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度
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 MPa～30 MPa)
温度
适宜温度，400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂
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
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
无
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(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
0
2
4
6
8
0
1.6
2.8
3.6
3.6
一、自发过程与自发反应的比较
二、化学反应的方向与焓变的关系
1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
(1)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1，该反应在常温下能自发进行。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
2．自发反应与焓变的关系
大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。
三、化学反应的方向与熵变的关系
1．熵的含义
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
2．影响熵大小的因素
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
eq \x(自发进行的化学反应)—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—大多数是熵增加的反应,—也有些是熵减小的反应))
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·ml－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
四、化学反应的调控
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
3．工业合成氨的适宜条件
(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。
(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
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。
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。
【核心归纳】
1．复合判据
(1)判据
(2)温度对反应方向的影响
2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
【必备知识基础练】
1．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ∆H<0。下列说法不正确的是
A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率
C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率
D．反应后尾气中的SO2必须回收
【答案】A
【解析】A．为使SO2尽可能多地转化为SO3即平衡正向移动，同时考虑到温度对速率的影响，工业生产中的反应温度并不是越低越好，A错误；
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率，B正确；
C．通入过量的空气促使平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，C正确；
D．二氧化硫在转化中并未达到100%转化且二氧化硫有毒性的污染性气体需回收并循环利用，D正确；
故选A。
2．（2023春·江苏扬州·高二扬州大学附属中学校考期中）对于反应 。下列说法正确的是
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大
C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【解析】A．该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；
C．O2是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应物O2浓度，能提高反应物SO2的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO2的平衡转化率提高，C正确；
D．使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；
故合理选项是C。
3．（2023秋·广东梅州·高二广东梅县东山中学校联考期末）下列说法正确的是
A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应
B．的反应一定能自发进行
C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数
D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml
【答案】D
【解析】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误；
B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误；
C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误；
D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml，故D正确。
综上所述，答案为D。
4．（2023春·陕西宝鸡·高二统考期中）下列推论正确的是
A．S(g)+O2(g)=SO2(g) △H1，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2；则：△H1＞△H2
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H =-57.4kJ/ml，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9kJ/ml，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行
【答案】B
【解析】A．固态硫变为气态硫是吸热过程，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生的热量多，但反应热为负值，△H1＜△H2，故A错误；
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4 kJ/ml，即在稀溶液中1ml NaOH完全反应放出57.4kJ热量，则含20g NaOH即0.5ml的稀溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ，故B正确；
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9 kJ/ml，则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石的能量高于石墨的能量，则石墨比金刚石稳定，故C错误；
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，高温下才能使，故高温下能自发进行，故D错误；
答案选B。
5．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）下列关于工业合成氨的叙述中错误的是
A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
【答案】B
【解析】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；
B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；
C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；
D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；
故答案选B。
6．（2023春·浙江·高二校联考期中）一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：
下列说法正确的是
A．4s内反应的平均速率
B．该反应的平衡常数
C．此温度下，若该容器中有、和，则反应逆向进行
D．当容器内密度保持不变时，该反应达到平衡状态
【答案】B
【分析】一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。8s时反应达平衡，此时生成SO3的物质的量为3.6ml，则可建立如下三段式：
【解析】A．4s内SO3的物质的量为2.8ml，则消耗O2的物质的量为1.4ml，反应的平均速率，A不正确；
B．该反应的平衡常数K==810，B正确；
C．此温度下，若该容器中有、和，则浓度商Q==128＜810，反应正向进行，C不正确；
D．容器的体积始终不变，混合气的质量始终不变，则容器内气体的密度始终不变，当容器内密度保持不变时，该反应不一定达到平衡状态，D不正确；
故选B。
7．（2023春·江苏常州·高二统考期中）对于反应 ，下列说法正确的是
A．该反应在任何温度下均能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率
【答案】D
【解析】A．，该反应在低温下均能自发进行，故A错误；
B．反应的平衡常数可表示为，故B错误；
C．催化剂能降低反应的活化能，不能改变焓变，故C错误；
D．升温、加压和使用催化剂，都能增大反应速率，加快的生成速率，故D正确；
选D。
8．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ∆H>0。下列说法不正确的是
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
【答案】D
【解析】A．气体分子总数增加，则，A正确；
B．由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；
C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；
D．因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应不一定达到平衡状态， D不正确；
答案选D。
【关键能力提升练】
9．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是
A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能
B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数
C．该条件下温度越低，越有利于工业生产
D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%
【答案】D
【解析】A．根据盖斯定律I-Ⅱ可得反应ⅢCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3=-49kJ·ml-1-41kJ·ml-1=-90kJ·ml-1；ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，故反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能，A错误；
B．反应Ⅱ的正反应是吸热反应，生成物中有CO，温度升高，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO的物质的量分数增大；反应Ⅲ的正反应是放热反应，反应物中有CO，温度升高，反应Ⅲ的平衡逆向移动，CO的物质的量分数也会增大，也就是说，温度升高，CO的产量变大，则CO在含碳产物的物质的量分数增大，故符合这个规律的是曲线n，B错误；
C．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的产率，但并不是温度越低越好，因为温度太低反应速率太慢，C错误；
D．根据题意设起始量n(CO2)=1ml，n(H2)=3ml，平衡时甲醇和CO的物质的量相等，设CH3OH物质的量为 xml，则CO 的物质的量也为xml，270℃时CO2的转化率为25%，则平衡时CO2的物质的量为0.75ml，根据碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根据氧守恒，水的物质的量为：2ml-0.75ml×2-0.125ml-0.125ml=0.25ml，根据氢守恒，氢气的物质的量为=2.5ml，则反应后总的物质的量0.75ml+0.125ml+0.125ml+2.5ml+0.25ml=3.75ml，则平衡体系中H2的体积分数为=66.7%，D正确；
答案选D。
10．（2023春·河北廊坊·高二固安县第一中学校联考开学考试）在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是
A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：
B．a点时，Y(g)的转化率为50%
C．T3℃下，平衡常数K=4
D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率
【答案】A
【分析】在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，设a点时，参加反应X的物质的量为nml，则可建立如下三段式：
则1-n=n，n=0.5ml。
【解析】A．对于可逆反应，温度越高，反应速率越快，T1＜T2＜T3，则从反应开始到各点时的平均化学反应速率：，A错误；
B．a点时，Y(g)的转化率为=50%，B正确；
C．T3 ℃下，平衡常数K==4，C正确；
D．从图中可以看出，当反应进行到b点时，反应达平衡状态，升高温度，X的百分含量增大，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，所以降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率，D正确；
故选A。
11．（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【答案】D
【解析】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；
B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；
C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；
D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；
故选D。
12．（2023春·安徽·高二校联考期中）将放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，剩余。此条件下可以发生如下反应：①；②，已知反应②的，是压强平衡常数(用分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。下列说法错误的是
A．时刻，共消耗B．时刻，容器中的分压为
C．时刻，容器中气体总物质的量为D．起始时，容器中
【答案】B
【分析】放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，则硫完全反应生成0.8ml二氧化硫、同时消耗0.8ml氧气，剩余：
总的物质的量为1.0ml，则，a=0.25ml；
【解析】A．由分析可知，时刻，共消耗，A正确；
B．时刻，容器中的分压为，B错误；
C．时刻，容器中气体总物质的量为，C正确；
D．起始时，容器中，D正确。
故选B。
13．（2023春·山东滨州·高二统考开学考试）工业上可用甲烷氧化制备甲醛，该反应的副产物主要有CO、。在一定容积的密闭容器中加入某催化剂，按物质的量之比1∶1投入甲烷和氧气，分别于不同温度下反应相同时间，测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如图所示。
(注：HCHO的选择性=)
下列说法错误的是
A．制备甲醛的反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．低于650℃时，随温度的升高，甲烷的转化率增大的原因可能是温度升高，反应速率加快
C．650℃时，体系中
D．650℃时，甲醛的产率为20%
【答案】AC
【解析】A．由图可知甲醛的选择性随温度的升高始终降低，可知升温不利于HCHO的生成，该反应为放热反应，则正反应的活化能小于逆反应活化能，故A错误；
B．低于650℃时，由于反应速率较慢，测定转化率时反应为平衡，随温度升高，反应速率加快，相同时间内甲烷的转化率增大，故B正确；
C．设初始投料为1ml甲烷和1ml氧气，650℃时，甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5ml，HCHO的选择性为40%，HCHO的实际产量为0.5ml×40%=0.2ml，此时CO的选择性也为40%，则CO的产量为0.5ml×40%=0.2ml，根据碳原子守恒，此时=1-0.5-0.2-0.2=0.1ml，体系中，故C错误；
D．设初始投料为1ml甲烷和1ml氧气，根据碳元素守恒可知，理论上最多生成1mlHCHO，据图可知此温度下甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5ml，，HCHO的选择性为40%，所以HCHO的实际产量为0.5ml×40%=0.2ml，平衡产率为，故D正确；
故选：AC。
14．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+172kJ•ml-1，Kp1=1.0×10-2
(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H2=-51kJ•ml-1，Kp2=1.2×1012Pa
①对于直接氯化反应：增大压强，平衡______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率______(填“变大”“变小”或“不变”)。
②直接氯化的反应趋势远小于碳氯化，其原因是______。
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2按物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=______Pa(≈8.5)。
②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是______。
(3)TiO2直接氯化和碳氯化都属于“气—固”反应，工业生产中有利于“气—固”充分接触的措施是______。
【答案】(1) 不 变大 直接氯化的体系是气体分子数不变、且是吸热过程，而碳氯化反应气体分子数增加，△H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程
(2) 850 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
(3)将固体粉碎后加入反应容器，鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”
【解析】（1）①对于直接氯化反应，反应后气体分子数不变，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡不移动；该反应是吸热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向右移动，则平衡转化率变大；
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；
（2）①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，Cl2是0，反应C(s)+CO2(g)=CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)===850；
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益。
（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
15．（2023秋·高二课时练习）二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应，该反应的________（填“>”“<”或“=”，下同）0，_________0，在低温下，该反应________（填“能”或“不能”）自发进行。
（2）的转化途径之一是首先利用太阳能或生物质能分解水制，然后将与转化为甲醇或其他化学产品。你认为该方法需要解决的技术问题有__________（填字母）。
a．开发高效光催化剂
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，并与发生催化转化
c．二氧化碳及水资源的供应
【答案】 > > 不能 ab
【解析】（1）该反应是分解反应，且为CO的燃烧反应的逆向反应，因CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即，因气体的物质的量增多，所以,时，反应可自发进行，所以在高温下，该反应能自发进行，在低温下，该反应不能自发进行，故答案为：＞；＞；不能；
（2）a．开发高效催化剂，可以促使与转化为甲醇或其他化学产品，a符合题意；
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，使其与发生催化转化，b满足题意；
c．二氧化碳和水供应充足，不用考虑，c不满足题意；
故答案为：ab；
【学科素养拔高练】
16．（2023春·上海宝山·高二上海市行知中学校考期中）努力实现碳达峰、碳中和展现了我国积极参与和引领全球气候治理的大国担当，其中对于CO2的综合利用是实现碳中和的保证。
I.回收利用CO2解决空间站供氧问题物质转化如图所示：
反应A为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的关键步骤。
(1)将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密闭容器中发生反应A，在相同时间内测得H2O的物质的量分数与温度的变化曲线如图所示。理论上能提高CO2平衡转化率的措施为______(单选)。
A．升高温度B．及时从体系中移走水蒸气
C．恒容条件下向容器中冲入氩气D．提高原料气中CO2的比例
(2)下列能说明反应A已达平衡的是______(单选)。
A．生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)
B．容器内混合气体的密度保持不变
C．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
D．容器内CO2与H2物质的量之比保持不变
(3)空间站的反应器内，通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是______。
(4)在容积为1L的密闭容器中充入4mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，测得10min时反应达到平衡状态，此时容器内H2O(g)的体积分数为0.25，若此时向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，则该平衡将向着______方向移动(填“正”或“逆”)。
II.某研究团队利用2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)生产乙烯。
在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比[]充入H2(g)和CO2(g)，在一定条件下CO2(g)的平衡转化率与温度的关系如图所示。
(5)下列说法不正确的是______(不定项)。
A．该反应的正反应活化能E1＞逆反应活化能E2
B．氢碳比：①＞②
C．在氢碳比为2.0时，Q点：v(正)＜v(逆)
D．该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变
(6)在上述2L的密闭容器中充入2mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，10min后到达P点，那么这10min内H2O(g)的反应速率为______。
【答案】(1)B
(2)C
(3)前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率
(4)正
(5)AC
(6)0.05ml•L-1•min-1
【解析】（1）A．升高温度，H2O的物质的量分数减小，说明平衡向逆反应方向进行，CO2平衡转化率降低，A错误；
B．及时从体系中移走水蒸气，平衡向正反应方向进行，CO2平衡转化率提高，B正确；
C．恒容条件下向容器中冲入氩气，各组分的浓度不变，平衡不移动，CO2平衡转化率不变，C错误；
D．提高原料气中CO2的比例，平衡向正反应方向移动，但是CO2起始量变大，CO2平衡转化率降低，D错误；
故答案为：B。
（2）A．CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)，根据反应可知生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)，未知H2的消耗量和H2O水的生成量，无法对比正逆反应的速率大小，不能确定反应是否平衡，A错误；
B．恒容容器，体积不变，混合气体总质量不变，混合气体的密度一直保持不变，不能确定反应是否平衡，B错误；
C．反应前后计量数之和不相等，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明混合气体的物质的量之和不变，各组分的物质的量保持不变，则反应达到平衡，C正确；
D．投料比和化学计量数相等，则容器内CO2与H2物质的量之比始终与投料比相同，保持不变，正逆反应速率是否相等无法确定，不能确定反应是否平衡；
故答案为：C。
（3）通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率；
故答案为：前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率。
（4）向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，反应物浓度增加，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正；
（5）A．温度升高，CO2(g)的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，该反应的正反应活化能E1<逆反应活化能E2，A错误；
B．氢碳比越大，二氧化碳的转化率越高，则①＞②，B正确；
C．P点达到平衡，Q点没有达到平衡，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，C错误；
D．CO2中C原子价电子对数为2+=2，sp杂化，C2H4中的C原子的价电子对数为3+=3，sp2杂化，该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变，D正确；
故答案为：AC。
（6）10min内转化CO2的物质的量为1ml ×50%=0.5ml，根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H4(g)+4H2O(g)可知，生成水的物质的量为1ml，则10min内H2O(g)的反应速率为；
故答案为：0.05ml•L-1•min-1。
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
高压
温度
高温
低温
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂
使用
无影响
使用
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度
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 MPa～30 MPa)
温度
适宜温度，400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂
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
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
无
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(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
0
2
4
6
8
0
1.6
2.8
3.6
3.6
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