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    49 化学反应的方向与调控

    [复习目标] 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.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

    考点一 化学反应的方向

    1自发反应

    在一定条件下无需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

    ΔSS(生成物)S(反应物)化学反应的ΔS越大越有利于反应____________

    3判断化学反应方向的判据

    ΔGΔHTΔS

    ΔG<0反应____自发进行

    ΔG0反应处于______状态

    ΔG>0反应______自发进行

    1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(  )

    2因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据(  )

    3过程自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程发生的速率(  )

    1下列说法正确的是(  )

    A非自发反应一定不能实现

    B同种物质气态时熵值最小固态时熵值最大

    C反应NH3(g)HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行则该反应的ΔH<0

    D恒温恒压下ΔH<0ΔS>0的反应一定不能自发进行

    2(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO有人设想按下列反应除去CO2CO(g)===2C(s)O2(g)已知该反应的ΔH0简述该设想能否实现的依据

    ______________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    (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NOCO转变成CO2N2化学方程式为2NO2CO2CO2N2反应能够自发进行则反应的ΔH________0(”“)理由是___________

    _____________________________________________________________________________

    (3)已知CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g) ΔH=+218 kJ·mol1,该反应能够自发进行的反应条件是________

    考点二 化学反应的调控——工业合成氨

    1化工生产适宜条件选择的一般原则

    条件

    原则

    从化学反应速率分析

    既不能过快,又不能太慢

    从化学平衡移动分析

    既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性

    从原料的利用率分析

    增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本

    从实际生产能力分析

    如设备承受高温、高压能力等

    从催化剂的使用活性分析

    注意催化剂的活性受温度的限制

     

    2控制反应条件的基本措施

    (1)控制化学反应速率的措施

    通过改变反应体系的温度溶液的浓度气体的压强(或浓度)固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率

    (2)提高转化率的措施

    通过改变可逆反应体系的温度溶液的浓度气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度从而提高转化率

    3工业合成氨反应的适宜条件

    (1)理论分析

    增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同

    对合成氨反应的影响

    影响因素

    浓度

    温度

    压强

    催化剂

    增大合成氨的反应速率

     

     

     

    使用

    提高平衡混合物中氨的含量

     

     

     

     

     

    (2)实际工业合成氨反应的适宜条件

    压强

    温度700 K左右

    催化剂以铁为主体的多成分催化剂

    浓度N2H2的投料比(物质的量之比)12.8

    一、工业合成氨条件的分析

    1下图是工业合成氨的工艺根据流程解答下列问题

    (1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破其热化学方程式如下

    N2(g)3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol1结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    (2)工业合成氨中使用铁触媒作催化剂

    铁触媒加快化学反应速率的原因是什么

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗 简述理由

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

     

    铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    (3)合成氨时选择500 而不采用常温主要考虑什么因素

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    (4)合成氨时一般采用的压强为1030 MPa的原因是什么

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    (5)合成氨工业中为提高反应物的转化率还采取哪些措施

    ________________________________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    二、其他工业生产条件的分析

    2工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯C4H10(g)C4H8(g)H2(g)(正反应吸热)将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)反应的平衡转化率产率与温度投料比有关下列判断不正确的是(  )

    A由图甲可知x小于0.1

    B由图乙可知丁烯产率先增大后减小减小的原因是氢气是产物之一随着增大逆反应速率减小

    C由图丙可知丁烯产率在590  之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动

    D由图丙可知丁烯产率在590 之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物

     

    3乙烯是石油化工最基本的原料之一

    (1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯C2H6(g)C2H4(g)H2(g) ΔH10提高乙烷平衡转化率的措施有________________________________

    (2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度减少积碳涉及如下反应

    a2C2H6(g) O2(g)2C2H4(g) 2H2O(g) ΔH20

    b2C2H6(g)5O2(g)4CO(g) 6H2O(g) ΔH30

    cC2H4(g) 2O2(g)2CO(g) 2H2O(g) ΔH40

    氧气的引入可能导致过度氧化为减少过度氧化需要寻找催化剂降低反应________(a”“bc)的活化能判断的依据是______________________________________

    (3)常压下在某催化剂作用下按照n(C2H6)n(O2)11投料制备乙烯体系中C2H4CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示

    乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是______________________

    570600 温度范围内下列说法正确的是________(填字母)

    AC2H4产率随温度升高而增大

    BH2O的含量随温度升高而增大

    CC2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大

    D此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率

    1(2021·江苏,8)N2是合成氨工业的重要原料NH3不仅可制造化肥还能通过催化氧化生产HNO3HNO3能溶解CuAg等金属也能与许多有机化合物发生反应在高温或放电条件下N2O2反应生成NONO进一步氧化生成NO22NO(g)O2(g)===2NO2(g) ΔH=-116.4 kJ·mol1大气中过量的NOx和水体中过量的NHNO均是污染物通过催化还原的方法可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2也可将水体中的NO转化为N2对于反应2NO(g)O2(g)===2NO2(g)下列说法正确的是(  )

    A该反应的ΔH<0ΔS<0

    B反应的平衡常数可表示为K

    C使用高效催化剂能降低反应的焓变

    D其他条件相同增大NO的转化率下降

    2[2022·辽宁,18(1)(2)(4)(5)]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其反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol1 ΔS=-200 J·K1·mol1

    回答下列问题

    (1)合成氨反应在常温下__________(不能)自发

    (2)__________(下同)有利于提高反应速率__________温有利于提高平衡转化率综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素工业常采用400500

    针对反应速率与平衡产率的矛盾我国科学家提出了两种解决方案

    (4)方案二M-LiH复合催化剂

    下列说法正确的是__________(填字母)

    a300 复合催化剂比单一催化剂效率更高

    b同温同压下复合催化剂有利于提高氨的平衡产率

    c温度越高复合催化剂活性一定越高

    (5)某合成氨速率方程为vkcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)根据表中数据γ__________

    实验

    1

    m

    n

    p

    q

    2

    2m

    n

    p

    2q

    3

    m

    n

    0.1p

    10q

    4

    m

    2n

    p

    2.828q

     

     

    在合成氨过程中需要不断分离出氨的原因为__________________________(填字母)

    a有利于平衡正向移动

    b防止催化剂中毒

    c提高正反应速率

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