專題突破化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控-2023-2024學(xué)年高二化學(xué)同步重難點(diǎn)專題突破（人教版2019選擇性必修1）

2023-2024學(xué)年選擇性必修1(人教版2019)第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控突破點(diǎn)1:化學(xué)反應(yīng)方向的判斷重難歸納1.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系。(1)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)多數(shù)為放熱反應(yīng)(ΔH<0)。例如:NaOH(aq)+HCl(aq)══NaCl(aq)+H2O(l),2Na(s)+2H2O(l)══2NaOH(aq)+H2(g),CaO(s)+H2O(l)══Ca(OH)2(aq)。(2)有些吸熱反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行(ΔH>0)。例如:2N2O5(g)══4NO2(g)+O2(g),NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)══CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l),CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g)。(3)結(jié)論。①化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變有關(guān),但不能只根據(jù)焓變判斷反應(yīng)的方向。②大多數(shù)放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。③能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng),體系的混亂程度一定增大(即熵增)。2.化學(xué)反應(yīng)方向與熵變的關(guān)系。(1)許多熵增的反應(yīng)在一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行。例如,2H2O2(aq)══2H2O(l)+O2(g),CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g),C(s,石墨)+H2O(g)══CO(g)+H2(g)。(2)有些熵減的反應(yīng),在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行。例如,NH3(g)+HCl(g)══NH4Cl(s),Ca(OH)2(aq)+CO2(g)══CaCO3(s)+H2O(l)。(3)結(jié)論。①化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的熵變有關(guān),但不能只根據(jù)熵變判斷反應(yīng)的方向。②熵增且放熱的化學(xué)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。③能自發(fā)進(jìn)行的熵減的化學(xué)反應(yīng),一定是放熱反應(yīng)。3.自由能判據(jù)。在等溫、等壓條件下的封閉體系中,可用ΔG的值來(lái)判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。ΔG=ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;ΔG=ΔH-TΔS=0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài);ΔG=ΔH-TΔS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系:典例剖析已知“凡氣體分子總數(shù)增多的反應(yīng)一定是熵增大的反應(yīng)”。一定條件下,下列反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的是(

)。A.2O3(g)══3O2(g)

ΔH<0B.2CO(g)══2C(s)+O2(g)

ΔH>0C.N2(g)+3H2(g)══2NH3(g)

ΔH<0D.CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0答案:B解析:A項(xiàng),ΔH<0,ΔS>0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行;B項(xiàng),ΔH>0,ΔS<0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行;C項(xiàng),反應(yīng)是ΔH<0,ΔS<0的反應(yīng),一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行;D項(xiàng),反應(yīng)是ΔH>0,ΔS>0的反應(yīng),一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行。方法歸納化學(xué)反應(yīng)方向的判斷

在一定條件下,一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,既與焓變有關(guān),又與熵變有關(guān)。

(1)在恒溫、恒壓條件下,反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,由ΔG=ΔH-TΔS的值來(lái)決定。

(2)復(fù)合判據(jù)只適用于判斷恒溫、恒壓條件下的反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,不適用于判斷其他條件。(3)反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向性,反應(yīng)是否能實(shí)現(xiàn),還要看具體的條件。過(guò)程的自發(fā)性只是一種趨勢(shì),過(guò)程要發(fā)生,必須具備一定的條件。[變式訓(xùn)練1]下列說(shuō)法不正確的是(

)。A.焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素,放熱反應(yīng)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向B.在同一條件下物質(zhì)有不同的熵值,其體系的混亂程度越大,熵值越大C.自發(fā)反應(yīng)是指不需要條件就能發(fā)生的反應(yīng)D.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與焓變和熵變的共同影響有關(guān)答案:C解析:ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與焓變和熵變的共同影響有關(guān),焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素,放熱反應(yīng)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,但不一定自發(fā),A、D兩項(xiàng)正確;根據(jù)熵增原理,體系的混亂程度越大,熵值越大,B項(xiàng)正確;有的自發(fā)反應(yīng)需要在一定條件下才能發(fā)生,C項(xiàng)錯(cuò)誤。[變式訓(xùn)練2]某化學(xué)反應(yīng)的ΔH=-122kJ·mol-1,ΔS=-431J·mol-1·K-1,則以下關(guān)于此反應(yīng)的自發(fā)性描述中正確的是(

)。A.在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B.僅在低溫下能自發(fā)進(jìn)行C.僅在高溫下能自發(fā)進(jìn)行D.在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行答案:B解析:ΔH<0,ΔS<0時(shí),低溫有利于自發(fā)進(jìn)行。易錯(cuò)提醒

(1)一般來(lái)說(shuō),如果一個(gè)過(guò)程是自發(fā)的,則其逆過(guò)程往往是非自發(fā)的。

(2)自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)是可能相互轉(zhuǎn)化的,某一條件下的自發(fā)反應(yīng)可能在另一條件下就是非自發(fā)反應(yīng),如2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)是常溫下的自發(fā)反應(yīng),而在高溫條件下其逆反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)。(3)過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向,不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生以及過(guò)程發(fā)生的速率,如涂有防銹漆和未涂有防銹漆的銅制品器件,它們發(fā)生腐蝕過(guò)程的自發(fā)性是相同的,但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。[變式訓(xùn)練3]25℃和1.01×105Pa時(shí),反應(yīng)2N2O5(g)══4NO2(g)+O2(g)

ΔH=+109.8kJ·mol-1,自發(fā)進(jìn)行的原因是(

)。A.是吸熱反應(yīng) B.是放熱反應(yīng)C.是熵減小的反應(yīng) D.熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)答案:D解析:根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),是熵增的反應(yīng),吸熱反應(yīng)不利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,熵增反應(yīng)有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,所以該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)。[變式訓(xùn)練4]有一化學(xué)平衡mA(g)+nB(g)══pC(g)+qD(g),如圖表示的是A的轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是(

)。A.ΔH>0,ΔS>0B.ΔH<0,ΔS>0C.ΔH>0,ΔS<0D.ΔH<0,ΔS<0答案:C解析:由圖像知壓強(qiáng)越大,A的轉(zhuǎn)化率越高,故m+n>p+q,故ΔS<0;溫度越高,A的轉(zhuǎn)化率越大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故ΔH>0。[變式訓(xùn)練5]在化學(xué)反應(yīng)A(g)+B(g)2C(g)+D(g)

ΔH=QkJ·mol-1過(guò)程中的能量變化如下圖所示。回答下列問(wèn)題。(1)Q

(填“>”“<”或“=”)0。

(2)熵變?chǔ)

(填“>”“<”或“=”)0。

(3)該反應(yīng)

(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。

(4)升高溫度平衡常數(shù)K

(填“增大”“減小”或“不變”),平衡向

(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。

答案:(1)<(2)>(3)能(4)減小逆反應(yīng)解析:(1)根據(jù)圖像可知,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),故Q<0;(2)據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)可知,該反應(yīng)是熵值增大的反應(yīng);(3)根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS<0可知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;(4)升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),平衡常數(shù)減小。突破點(diǎn)2:工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的思路重難歸納1.分析化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn):從可逆性、反應(yīng)前后氣體體積的變化、焓變?nèi)齻€(gè)角度分析。2.根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)具體分析外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響。3.從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的角度進(jìn)行綜合分析,再充分考慮實(shí)際情況,選出適宜的外界條件。外界條件有利于增大反應(yīng)速率的措施有利于平衡正向移動(dòng)的措施綜合分析結(jié)果濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度、減小生成物濃度不斷補(bǔ)充反應(yīng)物,及時(shí)分離出生成物壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)(有氣體參加)反應(yīng)后氣體體積減小增大壓強(qiáng)設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高壓反應(yīng)后氣體體積增大減小壓強(qiáng)兼顧速率和平衡,選取適宜的壓強(qiáng)外界條件有利于增大反應(yīng)速率的措施有利于平衡正向移動(dòng)的措施綜合分析結(jié)果溫度升高溫度ΔH<0降低溫度兼顧速率和平衡,考慮催化劑的適宜溫度ΔH>0升高溫度在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高溫并考慮催化劑的適宜溫度催化劑加合適的催化劑無(wú)影響加合適的催化劑,考慮催化劑活性與溫度關(guān)系典例剖析下列關(guān)于工業(yè)合成氨的敘述中,錯(cuò)誤的是(

)。A.在動(dòng)力、設(shè)備、材料允許的情況下,反應(yīng)盡可能在高壓下進(jìn)行B.溫度越高越有利于工業(yè)合成氨C.在工業(yè)合成氨中N2、H2的循環(huán)利用可提高其利用率,降低成本D.及時(shí)從反應(yīng)體系中分離出氨氣有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)B解析:合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高,NH3的產(chǎn)率越低,且溫度太高會(huì)影響催化劑的催化效果。方法歸納合成氨反應(yīng)條件和選擇依據(jù)。

工業(yè)生產(chǎn)中,必須從反應(yīng)限度和反應(yīng)速率兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件,既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,充分利用原料,又要選擇較大的反應(yīng)速率,提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量,同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。[變式訓(xùn)練1]可逆反應(yīng)3H2(g)+N2(g)2NH3(g)

ΔH<0,達(dá)到平衡后,為了使H2的轉(zhuǎn)化率增大,下列選項(xiàng)中采用的三種方法都正確的是(

)。A.升高溫度,減小壓強(qiáng),增加氮?dú)釨.降低溫度,增大壓強(qiáng),加入催化劑C.升高溫度,增大壓強(qiáng),增加氮?dú)釪.降低溫度,增大壓強(qiáng),分離出部分氨答案:D解析:要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大,需使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn),由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng),需降低溫度;正反應(yīng)為氣體總體積縮小的反應(yīng),需增大壓強(qiáng);另外,還可通過(guò)及時(shí)分離出部分氨氣,減小生成物濃度的方法,促使平衡右移,D項(xiàng)正確。[變式訓(xùn)練2]工業(yè)合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。下列關(guān)于反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的圖像中,錯(cuò)誤的是(

)。答案:C解析:合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,正、逆反應(yīng)速率都增大,但逆反應(yīng)速率增大的程度大,A項(xiàng)正確;在T1時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)最大,達(dá)到平衡,再升高溫度,平衡逆向移動(dòng),NH3的體積分?jǐn)?shù)減小,B項(xiàng)正確;達(dá)到平衡后,溫度越低,NH3的體積分?jǐn)?shù)越大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;增大壓強(qiáng),平衡向右移動(dòng),NH3的體積分?jǐn)?shù)增大,D項(xiàng)正確。[變式訓(xùn)練5]為了進(jìn)一步提高合成氨的生產(chǎn)效率,科研中具有開發(fā)價(jià)值的是(

)。A.研制高溫下活性較大的催化劑B.尋求NH3的新來(lái)源C.研制低溫下活性較大的催化劑D.研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔答案:C解析:合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低溫度有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率。研制低溫下活性大的催化劑可改善工藝流程,降低成本,提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。[變式訓(xùn)練4]下列有關(guān)工業(yè)合成氨反應(yīng)的敘述,不能用勒夏特列原理解釋的是(

)。A.使用