2023屆高考化學(xué)魯科版一輪復(fù)習(xí)學(xué)案-第七章第4課時　化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

第4課時化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控1.能用ΔH-TΔS說明化學(xué)反應(yīng)的方向。2.通過實驗探究,推測平衡移動方向及濃度、轉(zhuǎn)化率等相關(guān)物理量的變化,能討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化。3.針對典型案例,能從限度、速率等角度對化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件進行綜合分析?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向1.自發(fā)過程(1)含義:在一定條件下,不借助外力就可以自動進行的過程。(2)特點①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系給外部做功或者放出熱量)。②在密閉條件下,體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。2.判斷化學(xué)反應(yīng)進行方向的依據(jù)溫度對反應(yīng)方向的影響具體可表示為:[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)知道了某過程有自發(fā)性之后,則可確定過程是否一定會發(fā)生。()(2)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)ΔH=-444.3kJ·mol-1,ΔS=-280.1J·mol-1·K-1在常溫常壓下能自發(fā)進行。()(3)在室溫下碳酸鈣的分解反應(yīng)不能自發(fā)進行,但同樣是這個吸熱反應(yīng)在較高溫度(1200K)下則能自發(fā)進行。()(4)放熱過程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的過程一定是自發(fā)的。()解析:(1)過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的概率。(4)當(dāng)ΔG=ΔH-TΔS<0時反應(yīng)自發(fā),僅ΔH<0或ΔS>0無法確保ΔG<0,即不一定自發(fā)。答案:(1)×(2)√(3)√(4)×2.想一想(1)汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO,有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO:2CO(g)2C(s)+O2(g)。已知該反應(yīng)的ΔH>0,簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)。提示:該反應(yīng)是吸熱、熵減的反應(yīng),任何溫度下均不自發(fā)進行。(2)某化學(xué)反應(yīng)A(s)D(g)+E(g)ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH為焓變,ΔS為熵變,T為熱力學(xué)溫度,單位為K),要防止反應(yīng)發(fā)生,應(yīng)如何控制溫度?提示:要防止反應(yīng)發(fā)生,ΔH-TΔS≥0,則-4500+11T≥0,解得T≥409。1.化學(xué)反應(yīng)進行的方向是一個比較復(fù)雜的問題。下列有關(guān)說法正確的是(C)A.反應(yīng)SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)的ΔS>0B.1molCO2在不同狀態(tài)時的熵值:S[CO2(g)]<S[CO2(s)]C.反應(yīng)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH>0能否自發(fā)進行與溫度有關(guān)D.ΔH<0或ΔS>0的反應(yīng)一定能自發(fā)進行解析:反應(yīng)SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)的氣體分子數(shù)減少,該反應(yīng)的ΔS<0,選項A錯誤;同一物質(zhì)在固態(tài)時的熵值小于在氣態(tài)時的熵值,選項B錯誤;反應(yīng)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)的氣體分子數(shù)增加,ΔS>0,又因為ΔH>0,ΔH-TΔS<0時,反應(yīng)能自發(fā)進行,因此該反應(yīng)能否自發(fā)進行與溫度有關(guān),選項C正確;ΔH<0且ΔS>0的反應(yīng)一定能自發(fā)進行,選項D錯誤。2.金屬錫的冶煉常用焦炭作還原劑:SnO2(s)+2C(s)Sn(s)+2CO(g),反應(yīng)過程中能量的變化如圖所示,下列有關(guān)該反應(yīng)的ΔH、ΔS的說法中正確的是(D)A.ΔH<0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS<0C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH>0,ΔS>0解析:SnO2(s)+2C(s)Sn(s)+2CO(g),該反應(yīng)生成物有氣體,混亂度大,所以是熵增加的反應(yīng),故ΔS>0;從圖中可知,反應(yīng)物能量低,生成物能量高,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),故ΔH>0。化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控案例——工業(yè)合成氨1.合成氨工業(yè)(1)反應(yīng)條件選擇理論分析①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·mol-1·K-1計算298K時,ΔH-TΔS=-92.2kJ·mol-1-298K×(-0.1982kJ·mol-1·K-1)≈-33.1kJ·mol-1,常溫時能自發(fā)進行。②反應(yīng)限度角度:低溫、高壓,有利于提高轉(zhuǎn)化率。③反應(yīng)速率角度:高溫、高壓、使用催化劑,有利于提高化學(xué)反應(yīng)速率。(2)工業(yè)合成氨的適宜條件①溫度:700K左右,此時催化劑活性最大。②壓強:低壓(1×107Pa),中壓(2×107～3×107Pa)和高壓(8.5×107～1×108Pa)三種類型。③催化劑:鐵觸媒。④N2與H2的物質(zhì)的量之比(投料比):1∶2.8。(3)合成氨工業(yè)的簡要流程①原料氣的制取N2:將空氣液化、蒸發(fā)分離出N2或者將空氣中的O2與碳作用生成CO2,除去CO2后得N2。H2:用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然氣等)在高溫下制取。用煤和水制H2的主要反應(yīng)為C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2。②制得的N2、H2需凈化、除雜質(zhì),再用壓縮機壓縮至高壓。③氨的合成:在適宜的條件下,在合成塔中進行。④氨的分離:經(jīng)冷凝使氨液化,將氨分離出來,為提高原料的利用率,將沒有完全反應(yīng)的N2和H2循環(huán)送入合成塔,使其被充分利用。2.化學(xué)反應(yīng)原理在物質(zhì)制備中的調(diào)控作用(1)控制反應(yīng)條件的目的①促進有利的化學(xué)反應(yīng),②抑制有害的化學(xué)反應(yīng)。(2)控制反應(yīng)條件的基本措施①控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施通過改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。②提高轉(zhuǎn)化率的措施通過改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度,從而提高轉(zhuǎn)化率。[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)在合成氨工業(yè)中,壓強越高,反應(yīng)速率越快,轉(zhuǎn)化率越高,因此采取的壓強越高越好。()(2)可向容器中加入一定量的水蒸氣,使氨氣溶解以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和速率。()(3)500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng),可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率。()(4)合成氨時采用循環(huán)操作,可提高原料的利用率。()解析:(1)增大壓強,物質(zhì)的濃度增大,反應(yīng)速率加快。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強,化學(xué)平衡正向移動,可以提高NH3的平衡產(chǎn)率,但壓強越高,需要的動力就越大,對材料承受的壓力要求也越高,因此不是壓強越高越好,而是應(yīng)該在一定壓強下進行。(2)向容器中加入一定量的水蒸氣,使氨氣溶解,可以降低氨氣的濃度,能夠使化學(xué)平衡正向移動,能夠提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,但不能提高合成氨的反應(yīng)速率。(3)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動,不利于合成氨的反應(yīng)。答案:(1)×(2)×(3)×(4)√2.想一想化學(xué)反應(yīng)原理調(diào)控物質(zhì)制備化工生產(chǎn)時需注意哪些問題?提示:(1)原料的來源、除雜,尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響。(2)原料的循環(huán)利用。(3)產(chǎn)物的污染處理。(4)產(chǎn)物的酸堿性對反應(yīng)的影響。(5)氣體產(chǎn)物的壓強對平衡造成的影響。(6)改變外界條件對多平衡體系的影響。3.做一做(1)如圖為工業(yè)合成氨的流程圖。圖中為提高原料轉(zhuǎn)化率采取的措施是(填序號)。

(2)CO可用于合成甲醇,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖所示。該反應(yīng)ΔH(填“>”或“<”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×104kPa左右,選擇此壓強的理由是

。

解析:(1)工業(yè)合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2+3H22NH3,反應(yīng)是可逆反應(yīng),正反應(yīng)氣體體積減小,正反應(yīng)是放熱反應(yīng);依據(jù)合成氨的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施為增大壓強、液化分離出氨氣及氮氣和氫氣的循環(huán)使用。答案:(1)②④⑤(2)<在250℃、1.3×104kPa下,CO的轉(zhuǎn)化率已較高,再增大壓強,CO的轉(zhuǎn)化率提高不大,同時生產(chǎn)成本增加化學(xué)反應(yīng)條件的調(diào)控與應(yīng)用1.(2021·福建龍巖模擬)利用下列反應(yīng)可以將粗鎳轉(zhuǎn)化為純度達(dá)99.9%的高純鎳。反應(yīng)一:Ni(粗,s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)ΔH<0反應(yīng)二:Ni(CO)4(g)Ni(純,s)+4CO(g)ΔH>0下列說法錯誤的是(C)A.對于反應(yīng)一,適當(dāng)增大壓強,有利于Ni(CO)4的生成B.提純過程中,CO氣體可循環(huán)使用C.升高溫度,反應(yīng)一的反應(yīng)速率減小,反應(yīng)二的反應(yīng)速率增大D.對于反應(yīng)二,在180～200℃,溫度越高,Ni(CO)4(g)的轉(zhuǎn)化率越高解析:反應(yīng)一的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強,平衡右移,有利于Ni(CO)4的生成,A正確;反應(yīng)一以CO為原料,反應(yīng)二產(chǎn)生CO,故CO可以循環(huán)使用,B正確;升高溫度,反應(yīng)一和反應(yīng)二的反應(yīng)速率都增大,C錯誤;反應(yīng)二的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),在180～200℃,溫度越高,反應(yīng)進行的程度越大,Ni(CO)4(g)的轉(zhuǎn)化率越高,D正確。2.(2021·廣東廣州聯(lián)考)氨的催化氧化是工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ),其反應(yīng)機理如圖1;在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2,測得有關(guān)產(chǎn)物的物質(zhì)的量與溫度的關(guān)系如圖2。下列說法錯誤的是(C)A.加入Pt-Rh合金的目的是提高反應(yīng)的速率B.氨的催化氧化最佳溫度應(yīng)控制在840℃左右C.520℃時,NH3的轉(zhuǎn)化率為40%D.840℃以上,發(fā)生了反應(yīng):2NO(g)O2(g)+N2(g)ΔH>0解析:PtRh合金作催化劑可以降低活化能,加快反應(yīng)速率,選項A正確;根據(jù)圖示可知840℃氨的催化氧化生成NO最多,選項B正確;520℃時,生成0.2molNO和0.2molN2,根據(jù)氮原子守恒可知有0.6molNH3轉(zhuǎn)化,即轉(zhuǎn)化率為60%,選項C錯誤;840℃以上,N2的產(chǎn)率上升、NO的產(chǎn)率下降,說明發(fā)生了反應(yīng)2NO(g)O2(g)+N2(g),升高溫度,氮氣的產(chǎn)率增加,說明該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),ΔH>0,選項D正確?；どa(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過快又不能太慢從化學(xué)平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性又要注意兩者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料,提高難得高價原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制工業(yè)合成氨分析3.工業(yè)合成氨的流程圖如圖所示:下列有關(guān)工業(yè)合成氨生產(chǎn)條件的分析正確的是(D)A.步驟①中“凈化”的步驟沒有必要B.步驟②采用的壓強是2×107Pa,因為在該壓強下催化劑的活性最大C.步驟③溫度可高于500℃,因為溫度升高,正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小D.步驟④⑤有利于提高原料的利用率,能節(jié)約生產(chǎn)成本解析:為防止催化劑中毒,反應(yīng)前的氮氣和氫氣混合氣體需要除雜凈化,故A錯誤;工業(yè)合成氨的反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強加快反應(yīng)速率,平衡正向進行,能增大反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,步驟②采用的壓強是2×107Pa,同時考慮對設(shè)備強度要求、生產(chǎn)成本,與催化劑的活性無關(guān),故B錯誤;溫度升高,正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率也增大,步驟③溫度用500℃是因為該溫度下催化劑活性最大,故C錯誤;④液化氨氣平衡正向進行,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大,⑤氮氣和氫氣循環(huán)使用有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率,故D正確。4.(2021·山東濟南模擬)哈伯因發(fā)明用氮氣和氫氣合成氨的方法而獲得諾貝爾獎,N2和H2生成NH3的反應(yīng)為12N2(g)+32H2(g)NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1化學(xué)吸附:N2(g)2N*;H2(g)2H*。表面反應(yīng):N*+H*NH*;NH*+H*NH2*;NH2*+H*NH脫附:NH3*NH3其中,N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、反應(yīng)速率慢,決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。請回答下列問題。(1)有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有(填字母,下同)。

A.低溫 B.高溫 C.低壓D.高壓 E.催化劑(2)實際生產(chǎn)中,常用鐵觸媒作催化劑,控制溫度為773K左右,壓強為3.0×107Pa左右,原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8。分析說明原料氣中N2過量的兩個理由、。

(3)下列關(guān)于合成氨工藝的理解,正確的是。

A.合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B.當(dāng)溫度、壓強一定時,在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率C.NH3易液化,不斷將液氨移去,有利于反應(yīng)正向進行D.分離空氣可得N2,通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2,原料氣須經(jīng)過凈化處理,以防止催化劑中毒和發(fā)生安全事故解析:(1)12N2(g)+32H2(g)NH3ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是氣體體積減小的放熱反應(yīng),低溫有利于平衡正向進行,提高氨氣產(chǎn)率,A正確,B錯誤;低壓平衡逆向進行,不利于提高氨氣產(chǎn)率,C錯誤,D正確;催化劑只改變反應(yīng)速率,不改變化學(xué)平衡,不能提高氨氣產(chǎn)率,E錯誤。(2)原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8,原料氣中N2過量是因為原料氣中N2相對易得,適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率;N2在Fe催化劑上的吸附是決定反應(yīng)速率的步驟,適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率。(3)12N2(g)+32H2(g)NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是氣體體積減小的放熱反應(yīng),合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零,A正確;當(dāng)溫度、壓強一定時,在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,總壓增大,分壓不變,平衡不變,不能提高平衡轉(zhuǎn)化率,B錯誤;產(chǎn)物NH3易液化,不斷將液氨移去,利于反應(yīng)正向進行,C正確;合成氨的反應(yīng)在合成塔中發(fā)生,原料氣中的N2是從空氣中分離得來,先將空氣液化,再蒸餾得N2,甲烷與水在高溫、催化劑條件下生成CO和H2答案:(1)AD(2)原料氣中N2相對易得,適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率N2的吸附分解是決定反應(yīng)速率的步驟,適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率(3)ACD1.(2021·浙江6月選考,17)相同溫度和壓強下,關(guān)于物質(zhì)熵的大小比較,合理的是(B)A.1molCH4(g)<1molH2(g)B.1molH2O(g)<2molH2O(g)C.1molH2O(s)>1molH2O(l)D.1molC(s,金剛石)>1molC(s,石墨)解析:CH4(g)和H2(g)物質(zhì)的量相同,且均為氣態(tài),CH4(g)含有的原子總數(shù)多,CH4(g)的摩爾質(zhì)量大,所以熵值1molCH4(g)>1molH2(g),A錯誤;相同狀態(tài)的相同物質(zhì),物質(zhì)的量越大,熵值越大,所以熵值1molH2O(g)<2molH2O(g),B正確;等物質(zhì)的量的同物質(zhì),熵值關(guān)系為S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1molH2O(s)<1molH2O(l),C錯誤;從金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)組成上來看,金剛石的微觀結(jié)構(gòu)更有序,熵值更低,所以熵值1molC(s,金剛石)<1molC(s,石墨),D錯誤。2.(2020·全國Ⅰ卷,28節(jié)選)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品,接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH=-98kJ·mol-1?；卮鹣铝袉栴}:(1)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強下,SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖所示。反應(yīng)在5.0MPa、550℃時的α=,判斷的依據(jù)是。影響α的因素有。

(2)研究表明,SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為:v=k(αα'-1)0.8(1-nα′)。式中:k為反應(yīng)速率常數(shù),隨溫度t升高而增大;α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率,α′為某時刻SO曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時,v逐漸提高;t>tm后,v逐漸下降。原因是。

解析:(1)SO2(g)+12O2(g)SO3(g),該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng),故增大壓強可以使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動。因此,在相同溫度下,壓強越大,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大,所以,該反應(yīng)在550℃、壓強為5.0MPa條件下,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率一定高于相同溫度下、壓強為2.5MPa的,因此,p1=5.0MPa,由圖中數(shù)據(jù)可知,α=0.975。影響α的因素就是影響化學(xué)平衡移動的因素,主要有反應(yīng)物(SO2和O2)的起始濃度、溫度、壓強等。(2)由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高后α降低。由題中信息可知,v=k(αα'-1答案:(1)0.975該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng),增大壓強,α提高。該反應(yīng)在550℃、壓強為5.0MPa>2.5MPa=p2,所以p1=5.0MPa反應(yīng)物(SO2和O2)的起始濃度、溫度、壓強(2)升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t<tm時,k增大對v的提高大于α引起的降低;當(dāng)t>tm后,k增大對v的提高小于α引起的降低3.(2021·浙江1月選考,29節(jié)選)工業(yè)上,常采用“加碳氯化”的方法以高鈦渣(主要成分為TiO2)為原料生產(chǎn)TiCl4,相應(yīng)的化學(xué)方程式為:Ⅰ.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)ΔHI=181kJ·mol-1,KI=3.4×10-29Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔHⅡ=-221kJ·mol-1,KⅡ=1.2×1048結(jié)合數(shù)據(jù)說明氯化過程中加碳的理由:。

解析:已知Ⅰ.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)ΔHⅠ=181kJ·mol-1,KⅠ=3.4×10-29;Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔHⅡ=-221kJ·mol-1,KⅡ=1.2×1048。根據(jù)蓋斯定律可知,Ⅰ+Ⅱ得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g),則K=KⅠKⅡ=4.1×1019,遠(yuǎn)大于KⅠ,反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生可以減小反應(yīng)Ⅰ的平衡體系中氧氣的濃度,從而使TiO2氯化為TiCl4得以實現(xiàn);反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng),而ΔH=ΔHⅠ+ΔHⅡ=-40kJ·mol-1,說明TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)為放熱反應(yīng),則反應(yīng)Ⅱ可為反應(yīng)Ⅰ提供所需的能量。答案:反應(yīng)Ⅰ+Ⅱ得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g),該反應(yīng)的K=KⅠKⅡ=4.1×1019,遠(yuǎn)大于KⅠ,反應(yīng)Ⅱ使TiO2氯化為TiCl4得以實現(xiàn);ΔH=ΔHⅠ+ΔHⅡ=-40kJ·mol-1,反應(yīng)Ⅱ可為反應(yīng)Ⅰ提供所需的能量題號知識易中難化學(xué)反應(yīng)進行的方向1,2工業(yè)合成氨34,5,6化學(xué)反應(yīng)原理綜合反應(yīng)78,9一、選擇題(每小題只有一個選項符合題意)1.以下判斷正確的是(A)A.C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH>0,該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)B.2Mg(s)+O2(g)2MgO(s)ΔH<0,該反應(yīng)高溫才能自發(fā)C.自發(fā)反應(yīng)的熵一定增大,非自發(fā)反應(yīng)的熵一定減小D.放熱反應(yīng)都可以自發(fā)進行,而吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進行解析:在高溫下,ΔG=ΔH-TΔS<0反應(yīng)能進行,ΔH>0,該反應(yīng)常溫下不能自發(fā),故A正確;ΔG=ΔH-TΔS<0反應(yīng)能進行,由于ΔH<0,則該反應(yīng)在常溫就能自發(fā)進行,故B錯誤;化學(xué)反應(yīng)的方向由焓變和熵變共同決定,自發(fā)進行的反應(yīng)熵值不一定增大,非自發(fā)反應(yīng)的熵不一定減小,故C錯誤;不能根據(jù)焓變判斷反應(yīng)的自發(fā)性,放熱反應(yīng)不一定都是自發(fā)進行的,吸熱反應(yīng)也可能是自發(fā)進行,如碳酸氫銨的分解,故D錯誤。2.運用相關(guān)化學(xué)知識進行判斷,下列結(jié)論錯誤的是(C)A.某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行,因此該反應(yīng)是熵增反應(yīng)B.冰在室溫下自動融化成水,這是熵增的過程C.放熱反應(yīng)在常溫常壓下都能自發(fā)進行D.高錳酸鉀受熱分解是一個熵增的過程解析:吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進行,ΔH>0,若滿足ΔH-TΔS<0,必須是熵增的反應(yīng),故A正確;同種物質(zhì)熵值為液體>固體,冰在室溫下自動融化成水,是熵增的過程,故B正確;放熱反應(yīng)與反應(yīng)條件無關(guān),如燃燒反應(yīng)為放熱反應(yīng),需要加熱或點燃,常溫不反應(yīng),故C錯誤;高錳酸鉀分解生成氣體,混亂度增加,熵值增大,故D正確。3.(2021·寧夏銀川一中期末)下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述,可用勒夏特列原理來解釋的是(B)A.使用鐵觸媒作催化劑,使N2和H2混合氣體有利于合成氨B.高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C.500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D.合成氨時使用催化劑,可提高產(chǎn)率解析:使用鐵觸媒作催化劑,能加快合成氨反應(yīng)速率,化學(xué)平衡不移動,故不選A;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)正反應(yīng)氣體分子數(shù)減少,增大壓強,平衡正向移動,高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng),可用勒夏特列原理解釋,故選B;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)正反應(yīng)放熱,升高溫度平衡逆向移動,故不選C;催化劑不能使平衡移動,合成氨時使用催化劑,不能提高產(chǎn)率,故不選D。4.(2022·山東濱州檢測)目前人工固氮普遍采用的是氨的工業(yè)合成?；瘜W(xué)家GethardErtl證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的過程,如圖所示。下列說法錯誤的是(D)A.②→③需要吸收能量B.為了提高氨的脫附速率,應(yīng)適時地將氨從反應(yīng)后的混合氣體中分離出來C.該過程中包含舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成D.該催化劑可提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率解析:②→③時斷裂N2、H2中化學(xué)鍵N≡N和H—H變?yōu)閱蝹€原子N、H原子,因此需要吸收能量,A正確;從合成氨氣的環(huán)境中將氨氣分離出來,就是減小生成物濃度,減少了氨氣在催化劑表面的吸附幾率,因此可以提高氨的脫附速率,B正確;在該過程中包含反應(yīng)物N2、H2中舊化學(xué)鍵的斷裂和生成物NH3中新化學(xué)鍵的生成,C正確;催化劑能夠降低反應(yīng)物、生成物的活化能,因此可提高化學(xué)反應(yīng)速率,但對正、逆反應(yīng)速率的影響相同,對化學(xué)平衡移動無影響,因此不能改變反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率,D錯誤。5.合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑,已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,實際工業(yè)生產(chǎn)中,合成氨的原料氣N2可通過分離空氣得到,H2可通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化制得,原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8,常用工藝條件:鐵觸媒作催化劑,控制溫度773K、壓強3.0×107Pa。假設(shè)起始反應(yīng)物N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶3,且總物質(zhì)的量不變,在不同壓強和溫度下,反應(yīng)達(dá)到平衡時,體系中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如下表所示400℃450℃500℃600℃20MPa0.3870.2740.1890.08830MPa0.4780.3580.2600.129則下列說法正確的是(A)A.上述任何條件下,反應(yīng)達(dá)到平衡時N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比均為1B.體系中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越小,反應(yīng)一定越先達(dá)到平衡C.反應(yīng)達(dá)到平衡時,放出的熱量均為92.4kJD.600℃、30MPa條件下加入更高效的催化劑,平衡時NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于0.129解析:轉(zhuǎn)化之比等于物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比,充入時氮氣和氫氣的物質(zhì)的量之比為1∶3,轉(zhuǎn)化之比也為1∶3,故轉(zhuǎn)化率相同,故A正確;反應(yīng)是否達(dá)到平衡與氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大小無關(guān),是否先達(dá)到平衡與溫度、壓強、濃度、催化劑有關(guān),故B錯誤;反應(yīng)中的ΔH=-92.4kJ·mol-1,表示有1molN2完全反應(yīng)時放出的熱量為92.4kJ,該反應(yīng)為可逆反應(yīng),反應(yīng)體系中始終存在反應(yīng)物和生成物,若充入1molN2和3molH2,則達(dá)到平衡時轉(zhuǎn)化的N2小于1mol,則放出的熱量小于92.4kJ,故C錯誤;溫度太高,催化劑活性低,且催化劑也不能改變平衡狀態(tài),故D錯誤。二、選擇題(每小題有一個或兩個選項符合題意)6.北京航空航天大學(xué)教授團隊與中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)單原子催化劑,用于常溫常壓下的電化學(xué)催化氫氣還原氮氣的反應(yīng)。反應(yīng)歷程與相對能量模擬計算結(jié)果如圖所示(表示稀土單原子催化劑)。下列說法正確的是(C)A.Y1/NC比Sc1/NC更有利于吸附氮氣B.實際生產(chǎn)中將催化劑的尺寸處理成納米級顆粒可提高氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率C.使用Sc1/NC單原子催化劑的反應(yīng)歷程中,最大能壘的反應(yīng)過程可表示為N2+HNNHD.升高溫度一定可以提高氨氣單位時間內(nèi)的產(chǎn)率解析:從圖中可以看出,使用Sc1/NC吸附氮氣的活化能更低,更有利于吸附氮氣,A錯誤;催化劑只能改變反應(yīng)速率,不能影響化學(xué)平衡移動,故實際生產(chǎn)中將催化劑的尺寸處理成納米級顆粒不能提高氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率,B錯誤;從圖中可以看出,使用Sc1/NC單原子催化劑的反應(yīng)歷程中,最大能壘的反應(yīng)過程可表示為N2+HNNH,C正確;從圖中可知,合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動,且溫度越高,催化劑吸附N2越困難,故升高溫度雖然可以加快反應(yīng)速率,但不一定可以提高氨氣單位時間內(nèi)的產(chǎn)率,D錯誤。7.(2021·廣東佛山模擬)苯與水煤氣合成甲苯的烷基化反應(yīng)可簡化如下:+CO+2H2+H2O下表分析了PtZSM5催化劑應(yīng)用于苯與水煤氣合成甲苯的烷基化反應(yīng)的相關(guān)實驗數(shù)據(jù):溫度/℃苯平衡轉(zhuǎn)化率/%甲苯和對二甲苯總選擇性/%甲苯選擇性/%對二甲苯選擇性/%4002.1763.1457.535.614253.7984.9675.469.504505.9282.2073.788.424757.0883.9978.105.89(注:表中各次實驗均控制苯、CO、H2進氣量比例為1∶1∶2,使用催化劑PtZSM5,反應(yīng)壓力3MPa)下面說法錯誤的是(BC)A.表中數(shù)據(jù)分析了反應(yīng)溫度對苯與水煤氣烷基化反應(yīng)的影響B(tài).反應(yīng)溫度升高,催化劑對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性增大,副產(chǎn)物選擇性降低C.450℃下若苯與氫氣投料比為1∶4,則苯的平衡轉(zhuǎn)化率小于5.92%D.獲取上述實驗數(shù)據(jù)需保證各次實驗中PtZSM5催化劑的比表面積一致解析:由表中數(shù)據(jù)可知,表中為不同溫度下,苯與水煤氣烷基化反應(yīng)的數(shù)據(jù),分析了反應(yīng)溫度對苯與水煤氣烷基化反應(yīng)的影響,故A正確;由表中數(shù)據(jù)可知,反應(yīng)溫度升高,400～450℃時,催化劑對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性增大,副產(chǎn)物選擇性也增大,在475℃后,催化劑對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性增大,副產(chǎn)物選擇性降低,故B錯誤;450℃下若苯與氫氣投料比為1∶4,氫氣濃度增大,平衡正向移動,則苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大,故C錯誤;各次實驗中PtZSM5催化劑的比表面積一致,對反應(yīng)的催化效果相同,可比較溫度的影響,故D正確。8.(2021·吉林松原月考)以丙烯、氨氣和空氣(空氣中O2體積分?jǐn)?shù)約為20%)為原料,在催化劑條件下生產(chǎn)丙烯腈(CH2CHCN)的過程中會同時生成副產(chǎn)物丙烯醛,發(fā)生的主要反應(yīng)如下:CH2CHCH3(g)+NH3(g)+32O2(g)CH2CHCN(g)+3H2O(g)CH2CHCH3(g)+O2(g)CH2CHCHO(g)+H2O(g)在恒壓、460℃時,保持丙烯和氨氣的總進料量和空氣的進料量均不變,丙烯腈和丙烯醛的平衡產(chǎn)率隨進料氣中n(氨氣)A.圖中曲線a表示丙烯腈的平衡產(chǎn)率隨n(氨氣)B.增大壓強有利于提高反應(yīng)速率和丙烯腈的平衡產(chǎn)率C.使用合適的催化劑可以使丙烯腈的平衡產(chǎn)率