1、PAGE PAGE 11第4課時核心價值化學反應原理在物質制備中的調控作用(學科本質價值)化學反應原理在物質制備中的調控作用是高考命題的熱點，要求考生認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產(chǎn)、生活和科學研究領域中的重要作用，知道催化劑可以改變反應歷程，對調控反應速率具有重要意義；要求考生結合生產(chǎn)實例(如合成氨、汽車尾氣處理、塑料的工業(yè)合成等)，從限度、快慢、能耗等多角度綜合調控化學反應，發(fā)展“綠色化學”的觀念和辯證思維的能力。此類試題大多與化工生產(chǎn)實際相聯(lián)系，要求考生用化學視角審視實際問題，具備正確的化學觀念，如物質觀、反應觀、能量觀、平衡觀等，體現(xiàn)化學學科的本質價值。一、化學反應進行的方向

2、1自發(fā)反應在一定條件下無需外界幫助就能自發(fā)進行的反應稱為自發(fā)反應。 自發(fā)反應是化學反應，如水蒸氣冷凝得到液態(tài)水屬于自發(fā)過程，但不是自發(fā)反應。2熵和熵變(1)熵的含義熵是衡量一個體系混亂度的物理量。用符號S表示。(2)熵變的含義熵變是反應前后體系熵的變化，用S表示，化學反應的S越大，越有利于反應自發(fā)進行。3判斷化學反應進行的方向 對于一個特定的氣相反應，熵變的大小取決于反應前后的氣體物質的化學計量數(shù)大小。二、化學反應的調控1控制反應條件的目的(1)促進有利的化學反應：通過控制反應條件，可以加快化學反應速率，提高反應物的轉化率，從而促進有利的化學反應進行。(2)抑制有害的化學反應：通過控制反應條件

3、，也可以減緩化學反應速率，減少甚至消除有害物質的產(chǎn)生或控制副反應的發(fā)生，從而抑制有害的化學反應繼續(xù)進行。2控制反應條件的基本措施(1)控制化學反應速率的措施通過改變反應體系的溫度、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控反應速率。(2)提高轉化率的措施通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應的限度，從而提高轉化率。(3)應用示例以工業(yè)合成氨為例，理解運用化學反應原理選擇化工生產(chǎn)中的適宜條件反應原理：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1。綜合考慮選擇適宜的生產(chǎn)條件條件溫度壓強投料比催化劑循環(huán)操作具體內(nèi)容40

4、0500 1030 MPa eq f(n（N2）,n（H2）) eq f(1,2.8) 鐵觸媒采用循環(huán)操作提高原料利用率下列說法中正確的是()A(2020江蘇卷)反應SiCl4(g)2H2(g) eq o(=,sup7(高溫),sdo5() Si(s)4HCl(g)可用于純硅的制備，該反應H0、S0B(2019江蘇卷)一定溫度下，反應2H2(g)O2(g)=2H2O(g)能自發(fā)進行，該反應的H0C(2018江蘇卷)反應4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進行，該反應為吸熱反應D(2017江蘇卷)反應N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)的H0BSiCl4(g)與H2(g

5、)反應的正反應是氣體分子數(shù)增多的反應，則有S0，A項錯誤；H2(g)與O2(g)反應的S0，一定溫度下反應能自發(fā)進行，則HTS0，則有H0，B項正確；反應4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)的S0，常溫下可自發(fā)進行，則有H0，該反應為放熱反應，C項錯誤；反應N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)的S00非自發(fā)B2NO2(g)N2O4(g)000自發(fā)DNH4Cl(s) eq o(=,sup7() NH3(g)HCl(g)0非自發(fā)B液態(tài)水轉化為氣態(tài)水是熵增加的過程，A項錯誤；NO2轉化為N2O4為化合反應，該反應是放熱的、熵值減小常溫下就能發(fā)生的可逆反應，屬于自發(fā)反應，B項正確；該反應

6、是放熱反應，C項錯誤；NH4Cl受熱分解反應屬于吸熱反應，D項錯誤。訓練2 (2020河南開封期初調研)下列說法正確的是()A2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進行，則該反應的H0B反應NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的H0CCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室溫下不能自發(fā)進行，說明該反應的H0D常溫下，反應C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應的H0B該反應自發(fā)進行，則HTS0，即H0、S0，則H0，B項正確。(1)(2020全國卷，28題節(jié)選)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域

7、。二氧化碳催化加氫合成乙烯反應往往伴隨副反應，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強條件下，為了提高反應速率和乙烯選擇性，應當_。(2)(2020山東卷，18題節(jié)選)CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H149.5 kJmol1為同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率，應選擇的反應條件為_(填標號)。A低溫、高壓B高溫、低壓C低溫、低壓D高溫、高壓解析(1)根據(jù)外界條件對速率的影響，可知在一定溫度和壓強下，選擇合適的催化劑可提高反應速率，同時使合成乙烯的主反應較多地發(fā)生，而副反應被抑制(即反應的選擇性)。(2)該反應為H0，氣體系數(shù)減小的反應，生成甲

8、醇的反應是放熱、氣體分子數(shù)減小的反應，且由圖乙可知在較低溫度下CO2的平衡轉化率較高，應選擇低溫、高壓，故A項正確。答案(1)選擇合適催化劑等(2)A訓練3 (2021四川新津中學檢測)據(jù)報道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇(CH3CH2OH)已成為現(xiàn)實：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)。下列敘述錯誤的是()A使用CuZnFe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B升高溫度，該反應平衡常數(shù)(K)一定增大C充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率D從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率B因催化劑能提高化學反應速率，加快反應進行，

9、則在一定時間內(nèi)提高了生產(chǎn)效率，A項正確；反應需在300 進行是為了獲得較快的反應速率，不能說明反應是吸熱還是放熱，則K不一定增大，B項錯誤；充入大量CO2氣體，能使平衡正向移動，提高H2的轉化率，C項正確；從平衡混合物中及時分離出產(chǎn)物，使平衡正向移動，可提高CO2和H2的轉化率，D項正確。訓練4 (2021湖北武漢聯(lián)考)化學反應原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應用。(1)利用“化學蒸氣轉移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0()。如圖所示，反應()在石英真空管中進行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為

10、T1的一端得到了純凈TaS2晶體，則溫度T1_(填“”“”或“”)T2。上述反應體系中循環(huán)使用的物質是_。(2)CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如下圖所示。該反應H_(填“”或“”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250 、1.3104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_。解析(1)由題意知，未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉化：TaS22I2=TaI4S2，TaI4S2=TaS22I2，即反應()先在溫度T2端正向進行，后在溫度T1端逆向進行，反應()的H大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的物

11、質是I2。(2)從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉化率變小，則H0，綜合溫度、壓強對CO轉化率的影響來看，在題給壓強下，CO的轉化率已經(jīng)很大，不必再增大壓強。答案(1)I2(2)在1.3104 kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失訓練(三十七)化學反應原理在物質制備中的調控作用1(2021廣西南寧二中檢測)汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)，是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉化器，它使NO與CO反應生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，反應原理：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K、10

12、1 kPa下，H113 kJ/mol、S145 J/(molK)。下列說法中錯誤的是()A該反應中反應物的總能量高于生成物的總能量B該反應常溫下不能自發(fā)進行，因此需要高溫和催化劑C該反應常溫下能自發(fā)進行，高溫和催化劑只是加快反應的速率D汽車尾氣中的這兩種氣體會與血紅蛋白結合而使人中毒B該反應是放熱反應，則反應物的總能量高于生成物的總能量，A項正確；在298 K、101 kPa下，H113 kJ/mol、S145 J/(molK)，則有HTS(113 kJ/mol)298 K0.145 kJ/(molK)69.79 kJ/molv逆，B項錯誤；溫度升高，反應速率加快，d點溫度高于b點，則反應速率

13、：vbvd；CO轉化率達到最大值后，升高溫度，CO的轉化率降低，說明達到平衡后，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，則該反應是放熱反應，平衡常數(shù)K(75 )K(85 )，C項正確；圖中在8085 時，CO轉化率較大，故生產(chǎn)時反應溫度控制在8085 為宜，D項正確。3(2021河北衡水中學調研)335 時，在恒容密閉反應器中1.00 mol C10H18(l)催化脫氫的反應過程如下：反應1C10H18(l)C10H12(l)3H2(g)H1反應2C10H12(l)C10H8(l)2H2(g)H2測得C10H12和C10H8的產(chǎn)率x1和x2(以物質的量分數(shù)計)隨時間的變化關系及反應過程能量變化如

14、下圖所示。下列說法錯誤的是()A催化劑能改變反應歷程B更換催化劑后，H1、H2也會隨之改變C8 h時，反應2未處于平衡狀態(tài)Dx1顯著低于x2，是因為反應2的活化能比反應1的小，反應1生成的C10H12很快轉變成C10H8B使用催化劑，產(chǎn)生多種中間產(chǎn)物，改變反應歷程，A項正確；焓變(H)取決于反應物具有的總能量和生成物具有的總能量，更換催化劑后，反應歷程改變，但H1、H2不會隨之改變，B項錯誤；圖中8 h后，C10H8的產(chǎn)率x2逐漸增大，故反應2未處于平衡狀態(tài)，C項正確；由圖可知，反應1的活化能大于反應2的活化能，則反應1的速率比反應2的速率慢，反應1生成的C10H12很快轉變成C10H8，故x

15、1顯著低于x2，D項正確。4(2021山東肥城檢測)氫能作為新型能源，可利用CO制得，北京大學馬丁教授等團隊向容積為V L的密閉容器中充入等物質的量的CO和H2O進行反應。已知：反應：FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H1反應：FeO(s)H2(g)Fe(s)H2O(g)H2反應：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H反應在不同催化劑作用下(反應相同時間)，溫度與CO轉化率的關系如圖所示。(1)反應的H與H1、H2關系式：H_。(2)若反應和反應的平衡常數(shù)分別為K1和K2，則反應的平衡常數(shù)K與K1、K2的關系式：K_。(3)隨著溫度的升高，CO的轉化率先升后降，“后降”的可能

16、原因是_。(4)由圖可知，H_0(填“大于”或“小于”)，催化劑應選擇_(填“Au/MoC”或“Au/MoC/NaCN”)。(5)已知T1 025 K時，K1。則平衡時CO的轉化率(CO)_。當T1 025K時，平衡時，H2的體積分數(shù)的取值范圍為_。此時，CO還原FeO(s)的能力_H2(填“大于”或“小于”)。(6)欲提高H2的體積分數(shù)，可采取的措施為_。解析(1)由反應可得反應，根據(jù)蓋斯定律，則反應的HH1H2 。(2)由于反應，反應I和II的平衡常數(shù)分別為K1和K2，則反應的平衡常數(shù)為K eq f(K1,K2) 。(3)由圖可知，催化劑的催化活性隨溫度先增大后減小，溫度過高，催化劑的催化

17、活性下降，會引起CO的轉化率降低。(4)由圖可知，隨著溫度的升高，CO平衡轉化率逐漸減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，則該反應的H0。由圖可知，催化劑Au/MoC在較低溫度時具有較高的催化活性，故催化劑應選擇Au/MoC。(5)起始時CO和H2O(g)的物質的量相等，假設均為1 mol，由于反應CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)前后氣體總分子數(shù)不變，平衡常數(shù)K1，則平衡時四種物質的物質的量均為0.5 mol，故CO的平衡轉化率為 eq f(0.5 mol,1 mol) 100%50%。1 025 K時，H2的體積分數(shù)為25%；升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡時H2的體積分數(shù)減小，

18、但肯定大于0，故H2的體積分數(shù)取值范圍為025%。(6)欲提高H2的體積分數(shù)，可采取的措施有及時分離出CO2，或降低溫度等。答案(1)H1H2(2) eq f(K1,K2) (3)溫度過高，催化劑的催化活性下降(4)小于 Au/MoC(5)50%025%小于(6)及時分離出CO2(或降低溫度)5(2021河北石家莊二中檢測)苯乙烯是生產(chǎn)各種塑料的重要單體，可通過乙苯催化脫氫制得：H123.5 kJmol1。工業(yè)上，通常在乙苯(EB)蒸氣中摻混N2(原料氣中乙苯和N2的物質的量之比為110，N2不參與反應)，控制反應溫度為600 ，并保持體系總壓為0.1 MPa不變的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質的量分數(shù))示意圖為(1)A、B兩點對應的正反應速率較大的是_。(2)摻入N2能提高乙苯的平衡轉化率，解釋說明該事實_。(3)用平衡分壓代替平衡濃度計算600 時的平衡常數(shù)Kp_。(保留兩位有效數(shù)字，分