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专题04 化学反应的方向和调控（考题猜想）（5大题型）-2024-2025学年高二化学上学期期中考点大串讲（人教版2019选择性必修1）
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这是一份专题04 化学反应的方向和调控（考题猜想）（5大题型）-2024-2025学年高二化学上学期期中考点大串讲（人教版2019选择性必修1），共17页。
▉题型1 自发过程和自发反应
【例1】下列各说法中，正确的是
A．能够自发进行的反应不一定都是放热反应
B．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成
C．同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程
D．-10℃的水结成冰，可用熵变判据来解释该变化过程的自发性
【答案】A
【解析】A．反应放热有利于反应的自发进行，但焓变不是唯一的判据。能够自发进行的反应不一定都是放热反应，有些吸热反应也能自发进行，A正确；
B．有些自发进行的反应需要在一定的温度下才能发生，比如碳酸钙的分解常温很难自发进行，但加热到一定温度碳酸钙分解为二氧化碳和氧化钙，B错误；
C．同一物质：由固体→液体→气体变化体系混乱程度增加，是熵增的过程，C错误 ；
D．水结成冰是熵减小的过程，依据熵判据应该是非自发的，D错误；
故答案为：A。
【变式1-1】下列反应属于非自发反应的是
A．钠与水反应B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
【答案】C
【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误；故选C。
▉题型2 化学反应方向的判定
【例2】下列对化学反应预测正确的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【解析】在等温、等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的。化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用∆G来表示，且∆G＝∆H－T∆S，当∆G＝∆H－T∆S＜0时，反应向正反应方向能自发进行；当∆G＝∆H－T∆S＝0时，反应达到平衡状态；当∆G＝∆H－T∆S＞0时，反应不能向正反应方向自发进行；据此解答。
A项，反应气体系数增大，为熵增大的反应，∆S＞0，∆H＞0，在高温条件下能自发进行，错误；B项，为气体系数减小的反应，∆S＜0，当∆H＞0时，∆H－T∆S＞0，一定不能自发进行，错误；C项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，所以当∆H＜0，一定满足∆H－T∆S＜0，反应一定能够自发进行，当∆H＞0时，当高温时，∆H－T∆S＜0，成立，可以自发进行，正确；D项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，由∆H＞0，则满足∆H－T∆S＜0，反应在高温下自发进行，错误。
【变式2-1】已知反应的为正值，为负值。设和不随温度而变，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．低温下不能自发进行，高温下能自发进行D．任何温度下都不能自发进行
【答案】D
【解析】ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时，反应能自发进行。因为ΔH>0，ΔS<0，T>0，故ΔH－TΔS>0，此反应任何温度下非自发，D正确。
【变式2-2】下列说法错误的是
A．在不同状态时的熵值：
B．在常温下能自发进行，则该反应的
C． 能否自发进行与温度有关
D．常温下，反应不能自发进行，则该反应的
【答案】B
【解析】A．物质聚集状态不同熵值不同，同种物质，气体>液体>固体，的熵值：，A正确；B．该反应为气体体积减少的反应，，若该反应，则在任何条件下反应都不能自发进行，而在常温下能自发进行，说明该反应的，B错误；C．该反应的、，则反应自发进行需要，该反应在高温能自发进行，反应能否自发进行与温度有关，C正确；D．反应为，若该反应为，则在任何温度下反应都能自发进行，常温下，不能自发进行，说明反应不是，则则该反应的，D正确；答案选B。
【变式2-3】某一化学反应 ，一定条件下反应过程中的能量变化如图所示。
请回答下列问题：
（1）Q 0(填“>”“<”或“=”)。
（2）熵变 0(填“>”“<”或“=”)。
（3）该反应 自发进行；若改为其他不变，该反应 自发进行。(填“能”、“不能”或“可能”)。
（4）反应物键能之和数值 生成物键能之和(填“>”“<”或“=”)
（5）该反应 氧化还原反应(填“是”“不是”或“可能是”)
【答案】（1）<
（2）>
（3）能 可能
（4）<
（5）可能是
【分析】通过比较反应物总能量和生成物总能量的大小可以看出反应是吸热反应还是放热反应，图中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量。
【解析】（1）根据反应过程的能量变化可以看出反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，所以Q<0.
（2）根据方程式可以看出反应后气体总分子数大于反应前气体总分子数，是熵增加的反应，所以熵变大于0。
（3）由于该反应，，所以，反应能自发进行；若改为其他不变，，当温度低时可以使，所以该反应可能自发进行。
（4）由图可知，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量，所以反应物键能之和数值小于生成物键能之和。
（5）该反应没有给出具体元素种类，无法进行明确判断，可能是氧化还原反应。▉题型3 合成氨适宜条件的选择
【例3】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。
下列说法不正确的是
A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高
C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离
D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗
【答案】B
【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后经过压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用。
【解析】A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，A正确；B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MPa降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确；故选B。
【变式3-1】已知 ，工业上采用铁触媒作该反应的催化剂。下列说法错误的是
A．1 ml与3 ml混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ
B．铁触媒能改变合成氨的反应历程，也能改变反应的焓变
C．工业上选择温度为400~500 ℃，是因为该温度下铁触媒的活性最大
D．铁触媒能加快合成氨的反应速率，是因为单位体积内活化分子数目增多
【答案】B
【解析】A．氮气和氢气反应生成氨气的反应为可逆反应，因此1 ml N2与3 ml H2混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ，A正确；B．催化剂降低反应活化能，不能改变反应的焓变，B错误；C．选择400~500 ℃的原因之一是铁触媒在该温度下活性最大，C正确；D．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，加快反应速率，D正确；故选B。
【变式3-2】下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是
A．①②③B．①③⑤C．②④⑤D．②③④
【答案】C
【解析】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。
【变式3-3】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。工业合成氨生产示意图如图所示。
（1）下列有关合成氨工业的说法正确的是___________
A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行
B．合成氨反应中，反应物的总键能小于产物的总键能
C．合成氨厂一般采用的压强为，因为该压强下铁触媒的活性最高
D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
（2）循环利用的Y是氮气和氢气，目的是 。
（3）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有 (填编号)。
①使用催化剂 ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量 ③及时分离产生的NH3
④升高温度 ⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大
（4）氮的固定和氮的循环是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。
分析数据可知：
①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1ml·L-1，此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
②人类不适合大规模模拟大气固氮的原因是 。
【答案】（1）AB
（2）提高氮气和氢气转化率
（3）②
（4）< 大气固氮为吸热反应，温度高达2000℃时，K值仍然很小，正向进行的程度很小，转化率很低，不适合大规模生产
【解析】（1）A项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行，该反应ΔH<0，ΔS<0，则在低温或常温时自发进行，故A正确；B项，合成氨为放热反应，说明反应物断键吸收能量小于产物成键放出能量，故B正确；C项，合成氨厂一般采用的压强为10MPa ~30MPa，因为高压利于氨的合成，且能提高反应速率，与催化剂活性无关，故C错误；D项，N2的量越多，H2的转化率越大，当氢气转化至一定程度，多余的氮气对反应无促进作用，故D错误；故选AB；
（2）合成氨的反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化，循环使用可提高氮气和氢气转化率；
（3）①使用催化剂，只能提高反应速率，不能提高产率； ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量，反应物浓度增大，提高反应速率，压强增大，提高产率；③及时分离产生的NH3，可提高反应物转化率，但不能提升反应速率；④该反应为放热反应，升高温度，可提高反应速率，但平衡逆向移动，不能提高产率；⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大，反应物浓度不变，速率不变；所以要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施②；
（4）①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1ml·L-1，此时浓度商，说明平衡逆向移动，所以v正▉题型4 工业生产中反应条件的分析
【例4】煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)⇌CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a ml碳(足量)，同时通入2a ml H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A．上述正反应为放热反应
B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆
C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为
D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高
【答案】C
【解析】A．升高温度，碳的平衡转化率增大，则平衡正向移动，上述正反应为吸热反应，A不正确；B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点未达平衡，碳的转化率应不断升高，直至达到平衡，所以v(H2)正＞v(H2)逆，B不正确；C．在5 MPa、800 K时，碳的平衡转化率为50%，则平衡时H2的物质的量为aml，CH4的物质的量为0.5aml，该反应的平衡常数为=，C正确；D．从图中可以看出，从6 MPa、1 000 K到10 MPa、1000 K，碳的平衡转化率增大，但幅度不大，而对消耗的动力增加、对设备的要求提高，经济上不合算，所以工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，D不正确；故选C。
【变式4-1】硫酸工业中通过氧化氧化为：
根据反应原理和上表中数据分析下列叙述错误的是
A．实际生产中可以通过通入大量的空气来提高的转化率
B．常压下的转化率已经比较大了，所以实际生产中没必要增大成本采用高压
C．生产中采用温度主要是考虑催化剂的活性温度从而提高反应物的转化率
D．尾气中的必须回收循环利用防止污染环境并提高原料的利用率
【答案】C
【解析】A． 空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，故A正确；B． 由表格数据可知，在常压及400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，故B正确；C．该反应为放热反应，从理论上分析，温度越低越有利于平衡正向移动，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，所以工业上选择温度450～550℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，故C错误； D． 尾气中的必须回收循环利用防止污染环境并提高原料的利用率，故D正确；故选C。
【变式4-2】环戊烯(C5H8)是一种重要的有机化工原料，可用环戊二烯(C5H6)制备。T℃时，将环戊二烯和HI按物质的量之比1：2充入容积为2L的恒容密闭容器中，仅发生反应：，下列有关该反应的说法正确的是
已知：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
A．该反应在高温下可自发进行
B．升高温度，有利于提高环戊烯的平衡产率
C．反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等
D．降低温度，正反应速率改变程度大于逆反应速率改变程度
【答案】C
【解析】A．据盖斯定律：Ⅰ-Ⅲ得C5H6(g)+2HI(g)⇌C5H8(g)+I2(g)ΔH=(-100.5+11)kJ•ml-1=-89.54kJ•ml-1，该反应ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS，在低温时ΔG＜0，该反应能自发进行，故A错误；B．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高环戊烯的产率，故B错误；C．起始将环戊二烯和HI物质的量之比1：2，根据方程式，转化环戊二烯和HI物质的量之比1：2，则反应达到平衡时，C5H6和HI的转化率相等，故C正确；D．反应为放热反应，降低温度，平衡正向进行，逆反应速率改变程度大于正反应速率改变程度，故D错误；故选：C。
【变式4-3】某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。
下列说法不正确的是
A．适当加压有助于脱氮率的提高
B．两种催化剂均能降低反应的活化能，但均不变
C．曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右
D．a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率
【答案】D
【解析】A．该反应为气体分子数减小的反应，适当加压，平衡正向移动，脱氮率增大，故A正确，不符合题意；
B．催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的，故B正确，不符合题意；
C．由图可知，曲线Ⅱ中450℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右，故C正确，不符合题意；
D．因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450℃下的脱氮率，故D错误，符合题意；
答案选D。
▉题型5 结合工业生产的化学平衡综合题
【例5】一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方法。合成气(和的混合气体)是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中会发生如下三个反应：
I：
II：
III：
（1）当反应I达到平衡后，下列措施可提高正反应速率的是_______(填标号)。
A．加入焦炭B．通入COC．升高温度D．分离出氢气
（2）若在恒温恒容容器中仅发生反应II，则下列能说明反应达到平衡状态的是_______。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内气体的总质量不变
C．容器内气体的平均相对分子质量不变
D．单位时间内，每有2 ml 键断裂，同时有1 ml 键断裂
（3）向容积为的密闭容器中加入活性炭(足量)和，发生反应，和的物质的量变化如下表所示。
①内，以表示的该反应速率vCO2= ，最终达平衡时的转化率 ，该温度℃下的平衡常数 。
②保持温度℃不变，向该密闭容器中加入该四种反应混合物各，该时刻，正、逆反应速率的大小关系为： (填“>”“<”或“=”)。
（4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•ml-1 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
【答案】（1）BC
（2）D
（3）0.03ml/(L•min) 80% 4 ＞
（4）低温
【解析】（1）A．焦炭是固体，加入焦炭，反应速率几乎不变，故不选A；B．通入CO，生成物浓度增大，平衡逆向移动，逆反应速率先增大后减小，正反应速率增大，故选B；C．升高温度，反应速率加快，故选C；D．分离出氢气，生成物浓度减小，平衡正向移动，逆反应速率先减小后增大，正反应速率减小，故不选D；选BC。
（2）A．反应前后气体系数和相同，压强是恒量，容器内气体的压强不变，反应不一定平衡，故不选A；B．根据质量守恒定律，气体总质量是恒量，容器内气体的总质量不变，反应不一定平衡，故不选B；C．气体总质量不变、气体总物质的量不变，平均相对分子质量是恒量，容器内气体的平均相对分子质量不变，反应不一定平衡，故不选C；D．单位时间内，每有2ml 键断裂，同时有1ml 键断裂，正、逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，故选D；选D。
（3）①0～5min内，Δn(NO)=2.0ml-1.4ml=0.6ml，则Δn(CO2)=0.5×0.6ml=0.3ml，浓度变化量是0.15ml/L，则v(CO2)=0.15ml/L÷5min=0.03ml/(L•min)；根据表格数据，25min时，反应已达到平衡，列化学平衡三段式（单位是ml），则
最终达平衡时NO的转化率a=×100%=80%，K==4；②保持温度T℃不变，向该2L密闭容器中加入该四种反应混合物各2ml，浓度均是1ml/L，Qc=＝1＜4，所以反应正向进行，v正(NO)＞v逆(NO)。
（4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•ml-1，该反应为放热的，熵减的反应，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0能自发进行分析，在低温下能自发进行。
【变式5-1】通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气，控制温度600℃，并保持总压为常压。不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)如图：
（1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。
（2）控制反应温度为600℃的理由是 。
（3）某机构用代替水蒸气开发了乙苯-二氧化碳催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO。新工艺的特点有
①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气，可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利用CO2资源利用
【答案】（1）加入水蒸气导致乙苯的分压降低，平衡向气体分子数大的方向移动，即正方向移动，乙苯的平衡转化率提高
（2）600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，温度过高，苯乙烯选择性下降，高温可能使催化剂失活，耗能大
（3）①②③④
【解析】（1）该反应为气体分子数增大的反应，加入水蒸气，导致乙苯的分压降低，平衡 (g) (g)+H2(g)正向移动，乙苯的平衡转化率提高；
（2）由图得出，600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，反应速率也减慢，温度过高，苯乙烯选择性下降，而且高温可能使催化剂失活，耗能大；
（3）①CO2消耗H2，使乙苯脱氢反应的化平衡正向移动，提高产率，①合理；
②保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，不用高温水蒸气，可降低能量消耗，②符合；
③该工艺发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO，将C消耗，有利于减少积炭，③符合；
④CO2能与H2反应，有利用CO2资源利用，④符合；
综上所述，①②③④均合理，故选①②③④。
【变式5-2】随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用倍受关注。
Ⅰ．以和为原料合成尿素。
（1）有利于提高平衡转化率的措施是 （填序号）。
A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压
（2）研究发现，合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图甲所示：
第一步：
第二步：
①图中 。
②反应速率较快的是 反应（填“第一步”或“第二步”）。
Ⅱ．以和催化重整制备合成气：。
（3）在密闭容器中通入物质的量均为的和，在一定条件下发生反应，的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示。
①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是 （填序号）。
A．容器中混合气体的密度保持不变
B．容器内混合气体的压强保持不变
C．反应速率：
D．同时断裂键和键
②由图乙可知，压强 （填“＞”“＜”或“＝”，下同）；Y点速率 。
③已知气体分压＝气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数，则X点对应温度下的 （用含的代数式表示）。
（4）同温下，某研究小组分别在容积相等的两个恒容密闭容器中加入一定量的反应物，控制反应条件使其仅发生重整反应，获得如下效据：
①容器i中反应达到平衡时，生成的物质的量为 ，容器ii中反应达到平衡状态过程中吸收的热量 （填“＞”、“＜”或“＝”）。
②容器i的容积变为原来的一半，则平衡转化率 （填“＞”“＜”或“＝”）。
【答案】（1）B （2）72.5 第一步 （3）BD < >
（4）1ml ＜ =
【解析】（1）由可知，该正反应方向为气体体积减小的放热反应，因此低温高压有利于平衡正向移动，二氧化碳的转化率提高，故选B。
（2）①已知，由图可知，=72.5kJ/ml；
②由图可知，第一步的活化能比第二步小，活化能越小，反应速率越快，则反应速率较快的是第一步反应。
（3）①A．在恒温、恒容密闭容器中发生，参加反应的各组分都是气体，密度不变不能说明反应达到平衡，A错误；B．反应正向气体体积增大，恒容容器中，压强随着反应正向进行而增大，压强不变时说明各组分的含量不再变化反应达到平衡，B正确；C．和均表示正反应速率，化学反应速率之比等于化学计量数之比，任意时刻都有，不能说明反应达到平衡，C错误；D．断裂2mlC-H键时生成1mlH-H键，同时又断裂1mlH-H键，正反应速率等于逆反应速，反应达到平衡，D正确；故选BD；
②反应正向气体体积增大，增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，结合图中信息可知，p1v逆；
③X点对应温度下甲烷的平衡转化率为50%，可列三段式：
平衡常数Kp=。
（4）①已知，即生成2mlCO时放出247kJ热量，容器ⅰ放出热量123.5kJ，即生成的CO为1ml；容器ii的投料为容器ⅰ的2倍，在恒温恒容的容器中相当于增大压强，平衡会逆向移动，即生成CO小于2ml，所以放出的热量会小于247kJ；
②容器ⅰ的体积若变成原来的一半，则与容器ii的压强相等，二者为等效平衡，故转化率等于容器ii。
【变式5-3】回答下列问题。
（1）已知下列反应的热化学方程式：
①
②
③
i．反应①中，正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。
ii．反应③的反应热 。
iii．若某温度下反应①的平衡常数为，反应②的平衡常数为，则反应③的平衡常数 (用含、的式子表示)。
（2）硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，试回答下列有关问题。
①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是 。
②25℃，101 kPa时，每燃烧0.12 kg FeS2就会放出853 kJ热量，写出此状况下FeS2燃烧的热化学方程式： 。
③一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是 。
A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1
B．密闭容器中压强不随时间变化而变化
C．
D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化
④在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，其目的是： 。
⑤实验测得反应中SO2平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是 。(注：1 MPa约等于10个大气压)
【答案】（1）大于 -316 或
（2）增大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率 BD 提高SO2的转化率，从而提高经济效益 0.1MPa，400℃
【分析】工业接触法制硫酸中，黄铁矿在沸腾炉中燃烧生成三氧化二铁和二氧化硫，化学方程式为，二氧化硫在接触室被氧化为三氧化硫，三氧化硫在吸收塔中与水反应生成硫酸，实际吸收剂为浓硫酸，得到发烟硫酸；
【解析】（1）i．反应①为吸热反应，则正反应活化能大于逆反应的活化能；
ii．由盖斯定律可知，则=；
iii．由可得或；
（2）①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，其目的是大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率；
②每燃烧0.12 kg即1ml FeS2就会放出853 kJ热量，则热化学方程式为： ；
③A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1，并不能说明其物质的量保持不变，故A错误；B．对于该反应前后气体体积不等，容器内压强不变可判断平衡状态，故B正确；C．当正逆反应速率符合化学计量数之比，即，反应达到平衡状态，故C错误；D．对于该反应前后气体体积不等，混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化可判断平衡状态，故D正确；故选BD；
④该反应为可逆反应，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，可以提高SO2的转化率，从而提高经济效益；
⑤由表中数据可以看出，SO2平衡转化率随温度升高而降低，故宜选用400℃，400℃时，SO2平衡转化率随压强变化不明显，则从节能角度，宜选用400℃、0.1MPa。题型1 自发过程和自发反应
题型2 化学反应方向的判定
题型3 合成氨适宜条件的选择
题型4 工业生产中反应条件的分析
题型5 结合工业生产的化学平衡综合题
选项
化学方程式
已知条件
预测
A
M(s)＝X(g)+Y(s)
∆H＞0
它是非自发反应
B
4M(s)+N(g)+2W(l)＝4Q(s)
常温下，自发进行
∆H＞0
C
4X(g)+5Y(g)＝4W(g)+6G(g)
能自发进行
∆H可能大于0
D
W(s)+G(g)＝2Q(g)
∆H＞0
任何温度都能自发进行
反应
大气固氮
N2(g)＋O2(g) 2NO(g)
工业固氮
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
温度/℃
27
2000
25
400
450
K
0.1
0.507
0.152
温度/℃
平衡时的转化率
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
条件
保持温度为/℃
时间
0
5min
10min
15min
20min
25min
30min
物质的量
2.0
1.4
1.0
0.70
0.50
0.40
0.40
物质的量
0
0.3
0.50
0.65
0.75
0.80
0.80
容器编号
起始时各物质的物质的量/ml
平衡转化率
达到平衡时体系的压强
达到平衡时体系能量的变化
i
1
2
0
0
吸收热量：
ii
2
4
0
0
压强/MPa
温度/℃
0.1
0.5
1
10
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%
▉题型1 自发过程和自发反应
【例1】下列各说法中，正确的是
A．能够自发进行的反应不一定都是放热反应
B．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成
C．同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程
D．-10℃的水结成冰，可用熵变判据来解释该变化过程的自发性
【答案】A
【解析】A．反应放热有利于反应的自发进行，但焓变不是唯一的判据。能够自发进行的反应不一定都是放热反应，有些吸热反应也能自发进行，A正确；
B．有些自发进行的反应需要在一定的温度下才能发生，比如碳酸钙的分解常温很难自发进行，但加热到一定温度碳酸钙分解为二氧化碳和氧化钙，B错误；
C．同一物质：由固体→液体→气体变化体系混乱程度增加，是熵增的过程，C错误 ；
D．水结成冰是熵减小的过程，依据熵判据应该是非自发的，D错误；
故答案为：A。
【变式1-1】下列反应属于非自发反应的是
A．钠与水反应B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
【答案】C
【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误；故选C。
▉题型2 化学反应方向的判定
【例2】下列对化学反应预测正确的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【解析】在等温、等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的。化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用∆G来表示，且∆G＝∆H－T∆S，当∆G＝∆H－T∆S＜0时，反应向正反应方向能自发进行；当∆G＝∆H－T∆S＝0时，反应达到平衡状态；当∆G＝∆H－T∆S＞0时，反应不能向正反应方向自发进行；据此解答。
A项，反应气体系数增大，为熵增大的反应，∆S＞0，∆H＞0，在高温条件下能自发进行，错误；B项，为气体系数减小的反应，∆S＜0，当∆H＞0时，∆H－T∆S＞0，一定不能自发进行，错误；C项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，所以当∆H＜0，一定满足∆H－T∆S＜0，反应一定能够自发进行，当∆H＞0时，当高温时，∆H－T∆S＜0，成立，可以自发进行，正确；D项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，由∆H＞0，则满足∆H－T∆S＜0，反应在高温下自发进行，错误。
【变式2-1】已知反应的为正值，为负值。设和不随温度而变，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．低温下不能自发进行，高温下能自发进行D．任何温度下都不能自发进行
【答案】D
【解析】ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时，反应能自发进行。因为ΔH>0，ΔS<0，T>0，故ΔH－TΔS>0，此反应任何温度下非自发，D正确。
【变式2-2】下列说法错误的是
A．在不同状态时的熵值：
B．在常温下能自发进行，则该反应的
C． 能否自发进行与温度有关
D．常温下，反应不能自发进行，则该反应的
【答案】B
【解析】A．物质聚集状态不同熵值不同，同种物质，气体>液体>固体，的熵值：，A正确；B．该反应为气体体积减少的反应，，若该反应，则在任何条件下反应都不能自发进行，而在常温下能自发进行，说明该反应的，B错误；C．该反应的、，则反应自发进行需要，该反应在高温能自发进行，反应能否自发进行与温度有关，C正确；D．反应为，若该反应为，则在任何温度下反应都能自发进行，常温下，不能自发进行，说明反应不是，则则该反应的，D正确；答案选B。
【变式2-3】某一化学反应 ，一定条件下反应过程中的能量变化如图所示。
请回答下列问题：
（1）Q 0(填“>”“<”或“=”)。
（2）熵变 0(填“>”“<”或“=”)。
（3）该反应 自发进行；若改为其他不变，该反应 自发进行。(填“能”、“不能”或“可能”)。
（4）反应物键能之和数值 生成物键能之和(填“>”“<”或“=”)
（5）该反应 氧化还原反应(填“是”“不是”或“可能是”)
【答案】（1）<
（2）>
（3）能 可能
（4）<
（5）可能是
【分析】通过比较反应物总能量和生成物总能量的大小可以看出反应是吸热反应还是放热反应，图中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量。
【解析】（1）根据反应过程的能量变化可以看出反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，所以Q<0.
（2）根据方程式可以看出反应后气体总分子数大于反应前气体总分子数，是熵增加的反应，所以熵变大于0。
（3）由于该反应，，所以，反应能自发进行；若改为其他不变，，当温度低时可以使，所以该反应可能自发进行。
（4）由图可知，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量，所以反应物键能之和数值小于生成物键能之和。
（5）该反应没有给出具体元素种类，无法进行明确判断，可能是氧化还原反应。▉题型3 合成氨适宜条件的选择
【例3】氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。
下列说法不正确的是
A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高
C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离
D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗
【答案】B
【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后经过压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用。
【解析】A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，A正确；B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MPa降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确；故选B。
【变式3-1】已知 ，工业上采用铁触媒作该反应的催化剂。下列说法错误的是
A．1 ml与3 ml混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ
B．铁触媒能改变合成氨的反应历程，也能改变反应的焓变
C．工业上选择温度为400~500 ℃，是因为该温度下铁触媒的活性最大
D．铁触媒能加快合成氨的反应速率，是因为单位体积内活化分子数目增多
【答案】B
【解析】A．氮气和氢气反应生成氨气的反应为可逆反应，因此1 ml N2与3 ml H2混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ，A正确；B．催化剂降低反应活化能，不能改变反应的焓变，B错误；C．选择400~500 ℃的原因之一是铁触媒在该温度下活性最大，C正确；D．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，加快反应速率，D正确；故选B。
【变式3-2】下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是
A．①②③B．①③⑤C．②④⑤D．②③④
【答案】C
【解析】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。
【变式3-3】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。工业合成氨生产示意图如图所示。
（1）下列有关合成氨工业的说法正确的是___________
A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行
B．合成氨反应中，反应物的总键能小于产物的总键能
C．合成氨厂一般采用的压强为，因为该压强下铁触媒的活性最高
D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
（2）循环利用的Y是氮气和氢气，目的是 。
（3）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有 (填编号)。
①使用催化剂 ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量 ③及时分离产生的NH3
④升高温度 ⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大
（4）氮的固定和氮的循环是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。
分析数据可知：
①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1ml·L-1，此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
②人类不适合大规模模拟大气固氮的原因是 。
【答案】（1）AB
（2）提高氮气和氢气转化率
（3）②
（4）< 大气固氮为吸热反应，温度高达2000℃时，K值仍然很小，正向进行的程度很小，转化率很低，不适合大规模生产
【解析】（1）A项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行，该反应ΔH<0，ΔS<0，则在低温或常温时自发进行，故A正确；B项，合成氨为放热反应，说明反应物断键吸收能量小于产物成键放出能量，故B正确；C项，合成氨厂一般采用的压强为10MPa ~30MPa，因为高压利于氨的合成，且能提高反应速率，与催化剂活性无关，故C错误；D项，N2的量越多，H2的转化率越大，当氢气转化至一定程度，多余的氮气对反应无促进作用，故D错误；故选AB；
（2）合成氨的反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化，循环使用可提高氮气和氢气转化率；
（3）①使用催化剂，只能提高反应速率，不能提高产率； ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量，反应物浓度增大，提高反应速率，压强增大，提高产率；③及时分离产生的NH3，可提高反应物转化率，但不能提升反应速率；④该反应为放热反应，升高温度，可提高反应速率，但平衡逆向移动，不能提高产率；⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大，反应物浓度不变，速率不变；所以要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施②；
（4）①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1ml·L-1，此时浓度商，说明平衡逆向移动，所以v正
【例4】煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)⇌CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a ml碳(足量)，同时通入2a ml H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A．上述正反应为放热反应
B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆
C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为
D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高
【答案】C
【解析】A．升高温度，碳的平衡转化率增大，则平衡正向移动，上述正反应为吸热反应，A不正确；B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点未达平衡，碳的转化率应不断升高，直至达到平衡，所以v(H2)正＞v(H2)逆，B不正确；C．在5 MPa、800 K时，碳的平衡转化率为50%，则平衡时H2的物质的量为aml，CH4的物质的量为0.5aml，该反应的平衡常数为=，C正确；D．从图中可以看出，从6 MPa、1 000 K到10 MPa、1000 K，碳的平衡转化率增大，但幅度不大，而对消耗的动力增加、对设备的要求提高，经济上不合算，所以工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，D不正确；故选C。
【变式4-1】硫酸工业中通过氧化氧化为：
根据反应原理和上表中数据分析下列叙述错误的是
A．实际生产中可以通过通入大量的空气来提高的转化率
B．常压下的转化率已经比较大了，所以实际生产中没必要增大成本采用高压
C．生产中采用温度主要是考虑催化剂的活性温度从而提高反应物的转化率
D．尾气中的必须回收循环利用防止污染环境并提高原料的利用率
【答案】C
【解析】A． 空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，故A正确；B． 由表格数据可知，在常压及400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，故B正确；C．该反应为放热反应，从理论上分析，温度越低越有利于平衡正向移动，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，所以工业上选择温度450～550℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，故C错误； D． 尾气中的必须回收循环利用防止污染环境并提高原料的利用率，故D正确；故选C。
【变式4-2】环戊烯(C5H8)是一种重要的有机化工原料，可用环戊二烯(C5H6)制备。T℃时，将环戊二烯和HI按物质的量之比1：2充入容积为2L的恒容密闭容器中，仅发生反应：，下列有关该反应的说法正确的是
已知：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
A．该反应在高温下可自发进行
B．升高温度，有利于提高环戊烯的平衡产率
C．反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等
D．降低温度，正反应速率改变程度大于逆反应速率改变程度
【答案】C
【解析】A．据盖斯定律：Ⅰ-Ⅲ得C5H6(g)+2HI(g)⇌C5H8(g)+I2(g)ΔH=(-100.5+11)kJ•ml-1=-89.54kJ•ml-1，该反应ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS，在低温时ΔG＜0，该反应能自发进行，故A错误；B．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高环戊烯的产率，故B错误；C．起始将环戊二烯和HI物质的量之比1：2，根据方程式，转化环戊二烯和HI物质的量之比1：2，则反应达到平衡时，C5H6和HI的转化率相等，故C正确；D．反应为放热反应，降低温度，平衡正向进行，逆反应速率改变程度大于正反应速率改变程度，故D错误；故选：C。
【变式4-3】某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。
下列说法不正确的是
A．适当加压有助于脱氮率的提高
B．两种催化剂均能降低反应的活化能，但均不变
C．曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右
D．a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率
【答案】D
【解析】A．该反应为气体分子数减小的反应，适当加压，平衡正向移动，脱氮率增大，故A正确，不符合题意；
B．催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的，故B正确，不符合题意；
C．由图可知，曲线Ⅱ中450℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右，故C正确，不符合题意；
D．因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450℃下的脱氮率，故D错误，符合题意；
答案选D。
▉题型5 结合工业生产的化学平衡综合题
【例5】一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方法。合成气(和的混合气体)是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中会发生如下三个反应：
I：
II：
III：
（1）当反应I达到平衡后，下列措施可提高正反应速率的是_______(填标号)。
A．加入焦炭B．通入COC．升高温度D．分离出氢气
（2）若在恒温恒容容器中仅发生反应II，则下列能说明反应达到平衡状态的是_______。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内气体的总质量不变
C．容器内气体的平均相对分子质量不变
D．单位时间内，每有2 ml 键断裂，同时有1 ml 键断裂
（3）向容积为的密闭容器中加入活性炭(足量)和，发生反应，和的物质的量变化如下表所示。
①内，以表示的该反应速率vCO2= ，最终达平衡时的转化率 ，该温度℃下的平衡常数 。
②保持温度℃不变，向该密闭容器中加入该四种反应混合物各，该时刻，正、逆反应速率的大小关系为： (填“>”“<”或“=”)。
（4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•ml-1 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
【答案】（1）BC
（2）D
（3）0.03ml/(L•min) 80% 4 ＞
（4）低温
【解析】（1）A．焦炭是固体，加入焦炭，反应速率几乎不变，故不选A；B．通入CO，生成物浓度增大，平衡逆向移动，逆反应速率先增大后减小，正反应速率增大，故选B；C．升高温度，反应速率加快，故选C；D．分离出氢气，生成物浓度减小，平衡正向移动，逆反应速率先减小后增大，正反应速率减小，故不选D；选BC。
（2）A．反应前后气体系数和相同，压强是恒量，容器内气体的压强不变，反应不一定平衡，故不选A；B．根据质量守恒定律，气体总质量是恒量，容器内气体的总质量不变，反应不一定平衡，故不选B；C．气体总质量不变、气体总物质的量不变，平均相对分子质量是恒量，容器内气体的平均相对分子质量不变，反应不一定平衡，故不选C；D．单位时间内，每有2ml 键断裂，同时有1ml 键断裂，正、逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，故选D；选D。
（3）①0～5min内，Δn(NO)=2.0ml-1.4ml=0.6ml，则Δn(CO2)=0.5×0.6ml=0.3ml，浓度变化量是0.15ml/L，则v(CO2)=0.15ml/L÷5min=0.03ml/(L•min)；根据表格数据，25min时，反应已达到平衡，列化学平衡三段式（单位是ml），则
最终达平衡时NO的转化率a=×100%=80%，K==4；②保持温度T℃不变，向该2L密闭容器中加入该四种反应混合物各2ml，浓度均是1ml/L，Qc=＝1＜4，所以反应正向进行，v正(NO)＞v逆(NO)。
（4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•ml-1，该反应为放热的，熵减的反应，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0能自发进行分析，在低温下能自发进行。
【变式5-1】通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气，控制温度600℃，并保持总压为常压。不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)如图：
（1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。
（2）控制反应温度为600℃的理由是 。
（3）某机构用代替水蒸气开发了乙苯-二氧化碳催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO。新工艺的特点有
①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气，可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利用CO2资源利用
【答案】（1）加入水蒸气导致乙苯的分压降低，平衡向气体分子数大的方向移动，即正方向移动，乙苯的平衡转化率提高
（2）600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，温度过高，苯乙烯选择性下降，高温可能使催化剂失活，耗能大
（3）①②③④
【解析】（1）该反应为气体分子数增大的反应，加入水蒸气，导致乙苯的分压降低，平衡 (g) (g)+H2(g)正向移动，乙苯的平衡转化率提高；
（2）由图得出，600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，反应速率也减慢，温度过高，苯乙烯选择性下降，而且高温可能使催化剂失活，耗能大；
（3）①CO2消耗H2，使乙苯脱氢反应的化平衡正向移动，提高产率，①合理；
②保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，不用高温水蒸气，可降低能量消耗，②符合；
③该工艺发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO，将C消耗，有利于减少积炭，③符合；
④CO2能与H2反应，有利用CO2资源利用，④符合；
综上所述，①②③④均合理，故选①②③④。
【变式5-2】随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用倍受关注。
Ⅰ．以和为原料合成尿素。
（1）有利于提高平衡转化率的措施是 （填序号）。
A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压
（2）研究发现，合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图甲所示：
第一步：
第二步：
①图中 。
②反应速率较快的是 反应（填“第一步”或“第二步”）。
Ⅱ．以和催化重整制备合成气：。
（3）在密闭容器中通入物质的量均为的和，在一定条件下发生反应，的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示。
①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是 （填序号）。
A．容器中混合气体的密度保持不变
B．容器内混合气体的压强保持不变
C．反应速率：
D．同时断裂键和键
②由图乙可知，压强 （填“＞”“＜”或“＝”，下同）；Y点速率 。
③已知气体分压＝气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数，则X点对应温度下的 （用含的代数式表示）。
（4）同温下，某研究小组分别在容积相等的两个恒容密闭容器中加入一定量的反应物，控制反应条件使其仅发生重整反应，获得如下效据：
①容器i中反应达到平衡时，生成的物质的量为 ，容器ii中反应达到平衡状态过程中吸收的热量 （填“＞”、“＜”或“＝”）。
②容器i的容积变为原来的一半，则平衡转化率 （填“＞”“＜”或“＝”）。
【答案】（1）B （2）72.5 第一步 （3）BD < >
（4）1ml ＜ =
【解析】（1）由可知，该正反应方向为气体体积减小的放热反应，因此低温高压有利于平衡正向移动，二氧化碳的转化率提高，故选B。
（2）①已知，由图可知，=72.5kJ/ml；
②由图可知，第一步的活化能比第二步小，活化能越小，反应速率越快，则反应速率较快的是第一步反应。
（3）①A．在恒温、恒容密闭容器中发生，参加反应的各组分都是气体，密度不变不能说明反应达到平衡，A错误；B．反应正向气体体积增大，恒容容器中，压强随着反应正向进行而增大，压强不变时说明各组分的含量不再变化反应达到平衡，B正确；C．和均表示正反应速率，化学反应速率之比等于化学计量数之比，任意时刻都有，不能说明反应达到平衡，C错误；D．断裂2mlC-H键时生成1mlH-H键，同时又断裂1mlH-H键，正反应速率等于逆反应速，反应达到平衡，D正确；故选BD；
②反应正向气体体积增大，增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，结合图中信息可知，p1
③X点对应温度下甲烷的平衡转化率为50%，可列三段式：
平衡常数Kp=。
（4）①已知，即生成2mlCO时放出247kJ热量，容器ⅰ放出热量123.5kJ，即生成的CO为1ml；容器ii的投料为容器ⅰ的2倍，在恒温恒容的容器中相当于增大压强，平衡会逆向移动，即生成CO小于2ml，所以放出的热量会小于247kJ；
②容器ⅰ的体积若变成原来的一半，则与容器ii的压强相等，二者为等效平衡，故转化率等于容器ii。
【变式5-3】回答下列问题。
（1）已知下列反应的热化学方程式：
①
②
③
i．反应①中，正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。
ii．反应③的反应热 。
iii．若某温度下反应①的平衡常数为，反应②的平衡常数为，则反应③的平衡常数 (用含、的式子表示)。
（2）硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，试回答下列有关问题。
①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是 。
②25℃，101 kPa时，每燃烧0.12 kg FeS2就会放出853 kJ热量，写出此状况下FeS2燃烧的热化学方程式： 。
③一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是 。
A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1
B．密闭容器中压强不随时间变化而变化
C．
D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化
④在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，其目的是： 。
⑤实验测得反应中SO2平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是 。(注：1 MPa约等于10个大气压)
【答案】（1）大于 -316 或
（2）增大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率 BD 提高SO2的转化率，从而提高经济效益 0.1MPa，400℃
【分析】工业接触法制硫酸中，黄铁矿在沸腾炉中燃烧生成三氧化二铁和二氧化硫，化学方程式为，二氧化硫在接触室被氧化为三氧化硫，三氧化硫在吸收塔中与水反应生成硫酸，实际吸收剂为浓硫酸，得到发烟硫酸；
【解析】（1）i．反应①为吸热反应，则正反应活化能大于逆反应的活化能；
ii．由盖斯定律可知，则=；
iii．由可得或；
（2）①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，其目的是大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率；
②每燃烧0.12 kg即1ml FeS2就会放出853 kJ热量，则热化学方程式为： ；
③A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1，并不能说明其物质的量保持不变，故A错误；B．对于该反应前后气体体积不等，容器内压强不变可判断平衡状态，故B正确；C．当正逆反应速率符合化学计量数之比，即，反应达到平衡状态，故C错误；D．对于该反应前后气体体积不等，混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化可判断平衡状态，故D正确；故选BD；
④该反应为可逆反应，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，可以提高SO2的转化率，从而提高经济效益；
⑤由表中数据可以看出，SO2平衡转化率随温度升高而降低，故宜选用400℃，400℃时，SO2平衡转化率随压强变化不明显，则从节能角度，宜选用400℃、0.1MPa。题型1 自发过程和自发反应
题型2 化学反应方向的判定
题型3 合成氨适宜条件的选择
题型4 工业生产中反应条件的分析
题型5 结合工业生产的化学平衡综合题
选项
化学方程式
已知条件
预测
A
M(s)＝X(g)+Y(s)
∆H＞0
它是非自发反应
B
4M(s)+N(g)+2W(l)＝4Q(s)
常温下，自发进行
∆H＞0
C
4X(g)+5Y(g)＝4W(g)+6G(g)
能自发进行
∆H可能大于0
D
W(s)+G(g)＝2Q(g)
∆H＞0
任何温度都能自发进行
反应
大气固氮
N2(g)＋O2(g) 2NO(g)
工业固氮
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
温度/℃
27
2000
25
400
450
K
0.1
0.507
0.152
温度/℃
平衡时的转化率
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
条件
保持温度为/℃
时间
0
5min
10min
15min
20min
25min
30min
物质的量
2.0
1.4
1.0
0.70
0.50
0.40
0.40
物质的量
0
0.3
0.50
0.65
0.75
0.80
0.80
容器编号
起始时各物质的物质的量/ml
平衡转化率
达到平衡时体系的压强
达到平衡时体系能量的变化
i
1
2
0
0
吸收热量：
ii
2
4
0
0
压强/MPa
温度/℃
0.1
0.5
1
10
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%
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