高考化学精品【一轮复习】讲义练习第八章　第39讲　化学反应的方向　化学反应的调控

这是一份高考化学精品【一轮复习】讲义练习第八章　第39讲　化学反应的方向　化学反应的调控，共14页。试卷主要包含了熵和熵变的含义，化学反应方向的判断等内容，欢迎下载使用。
1．了解熵、熵变的含义，会用复合判据判断反应进行的方向。2.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。
考点一 化学反应的方向
1．自发反应
在一定条件下，无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(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
(1)ΔG＝ΔH－TΔS
当ΔG＜0时，反应能自发进行；
当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
当ΔG＞0时，反应不能自发进行。
(2)一般规律
①ΔH＜0，ΔS＞0时，反应能自发进行；
②ΔH＞0，ΔS＜0时，反应不能自发进行；
③ΔH＞0，ΔS＞0时，高温可能自发进行；
④ΔH＜0，ΔS＜0时，低温可能自发进行。
正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)能自发进行的反应，反应速率一定很大。( × )
(2)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同。( × )
(3)低温更有利于2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的自发进行。( √ )
(4)吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。( √ )
(5)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。( × )
1．下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( B )
A．1 ml 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
解析：物质聚集状态不同，熵值不同，S(g)>S(l)>S(s)，1 ml SO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]0，所以该反应的ΔH>0，B正确；反应的自发性由焓变和熵变共同决定，当ΔG＝ΔH－TΔS0、ΔS>0，由ΔG＝ΔH－TΔS0，反应不可能自发进行。
(2)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＜(填“＞”“＜”或“＝”)0，理由是该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0。
(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)⥫⥬CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝＋218 kJ·ml-1，该反应能够自发进行的反应条件是高温。
考点二 化学反应的调控——工业合成氨
1．合成氨反应的特点
N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml-1，ΔS＝－198.2 J·ml-1·K-1。
合成氨反应是可逆反应，正反应是放热反应，正反应是气体分子数减小的反应。
2．工业合成氨反应的适宜条件
(1)从反应速率和反应限度两个角度选择反应条件
(2)实际工业合成氨反应的适宜条件
①压强：10 MPa～30 MPa。
②温度：400～500 ℃。
③催化剂：通常采用铁触媒。
④浓度：N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8。
3．化工生产适宜条件选择的一般原则
正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。( × )
(2)升高温度，化学反应速率一定增大，但转化率不一定增大。( √ )
(3)合成氨温度选择500 ℃左右，主要是从反应速率角度考虑。( √ )
(4)在合成氨工业中，加压可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低。( × )
(5)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率。( √ )
题组一 工业合成氨条件的分析
1．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。如图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是( B )
A．可以利用NH3易液化的性质分离出NH3
B．合成氨反应需要在低温下进行
C．对原料气压缩是为了提高原料气的转化率
D．吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率
解析：利用NH3易液化的性质分离出NH3，促进平衡正向进行，故A正确；低温有利于提高原料气的转化率，但不利于提高反应速率和催化剂发挥催化作用，因此合成氨不采用低温条件，故B错误；对原料气压缩相当于加压，增大压强，促进平衡正向移动，可以提高原料气的转化率，故C正确；一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，A为O2，吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率，故D正确。
2．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 )
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为高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率
解析：图①到图③为氮气和氢气中的化学键断裂的过程，图⑤到图③为氨气中化学键的断裂的过程，故图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，A正确；该反应过程为氮气和氢气反应生成氨气，反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温不是为了提高平衡转化率，D错误。
题组二 化工生产适宜条件的选择
3．(2024·江苏徐州高三期中)汽车安装尾气净化装置也可除去NOx，化学方程式为2NO2(g)＋4CO(g)⥫⥬N2(g)＋4CO2(g)，关于反应2NO2(g)＋4CO(g)⥫⥬N2(g)＋4CO2(g)，下列说法正确的是( D )
A．该反应的ΔS>0
B．选择合适的催化剂，可以使NO2完全转化成N2
C．及时移除N2、CO2，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动
D．上述反应中每生成0.1 ml N2，转移电子的数目约为0.8×6.02×1023
解析：根据气体的化学计量数可知此反应的正反应是气体分子数减小的反应，所以该反应的ΔS0。
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：
(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770 ℃，而反应的最高温度应低于890 ℃。
(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降低压强、移去钾蒸气(或适当升高温度)(任写两条)。
(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K＝ eq \f(c(K),c(Na))。
选择适宜工业生产条件的解题流程
(1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。
(2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。
(3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。
(4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。
1．(2022·浙江1月选考)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错误，D正确。
2．(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·ml-1
CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·ml-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图所示。CH4的选择性可表示为 eq \f(n生成(CH4),n反应(CO2))×100%。下列说法正确的是( D )
A．反应2CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－205.9 kJ·ml-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 eq \f(n起始(H2),n起始(CO2))的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值
解析：由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ·ml-1－164.7 kJ·ml-1＝－247.1 kJ·ml-1，A错误；CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，而CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)为吸热反应，升高温度平衡正向移动，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而减小，B错误；由题图可知温度范围约为350～400 ℃时二氧化碳实际转化率最高，此时为最佳温度，C错误；450 ℃时，提高 eq \f(n起始(H2),n起始(CO2))的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。
3．(1)(2024·贵州卷节选)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.CH4(g)―→C(s)＋2H2(g)
ΔH1＝＋74.6 kJ·ml-1
ΔS＝＋80.84 J·ml-1·K-1
ⅱ.6CH4(g)―→C6H6(l)＋9H2(g) ΔH2
反应ⅰ在1 000 K时能(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)(2024·浙江6月选考节选)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)
NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH