高二化学工业生产条件的选择与化学反应的方向

高二化学工业生产条件的选择与化学反应的方向【重点内容】工业生产条件的选择与化学反应的方向。【重点内容讲解】一、工业生产条件的选择：将可逆反应应用于化工生产时，工艺条件的选择要从化学反应速率、化学平衡移动原理及动力、材料、成本等多方面综合考虑。例如：合成氨工业：N2+3H22NH3 H0根据化学平衡移动原理，结合合成氨反应的特点，应采用增大压强、降低温度、增大反应物浓度等措施。增大压强，既有利于增大化学反应速率，又有利于提高平衡混合物中NH3的含量，但是压强增大，需要的动力大，对设备要求也高；降低温度，虽有利于提高平衡混合物中NH3的含量，但是化学反应速率小，并会降低催化剂的活性；增大反应物浓度，降低生成物浓度，有利于提高平衡混合物中NH3的含量。此外，使用催化剂可以增大化学反应速率，缩短达到化学平衡的时间。实际上，综合考虑上述因素，合成氨生产的适宜条件一般采用2107 Pa 3107 Pa的总压强；500左右的温度，此时催化剂活性最大；一般采用铁触媒作为催化剂，使反应能在较低温度下，较快地进行；在生产过程中形成循环，不断将NH3从平衡混合物中分离出去，将剩余N2、H2及新补充的原料反应物循环回合成塔。二、化学反应的方向：1、焓变（H）：放热反应：H0，体系能量降低，典型的放热反应有：燃烧反应、中和反应、金属与酸或水的反应、大多数化合反应、缓慢氧化反应等；吸热反应：H0，体系能量升高，典型的吸热反应有：大多数分解反应、C与CO2高温下的反应、水煤气反应、Ba(OH)2晶体与NH4Cl的反应、绝大多数弱电解质的电离、盐类的水解反应等。2、熵变（S）：熵（S）的微观意义：体系的混乱（或无序）程度；熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即S0；对于同种物质：S(g)S(l)S(s)；典型的熵增过程有：气体扩散、固体溶解、固体熔化、液体气化、生成气体或气体体积数增大的反应等。3、化学反应进行方向的判据：焓判据：H0；熵判据：S0。综合判据：自由能判据：GHTS0注意：(1)判断某一反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变与熵变；(2)在讨论反应方向问题时，是指一定温度、压强下，没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用（如：通电、光照），就可能出现相反的结果；(3)反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率。即反应的自发性只提供反应发生的可能性（趋势），而不提供有关反应是否能现实发生的信息。三、例题解析：1、某温度下，反应N2O42NO2 H0在密闭容器中达到平衡，下列说法中不正确的是（ ）A体积减小时将使反应速率增大B体积不变时加入少许NO2，将使正反应速率减小C体积不变时加入少许N2O4，再度平衡时颜色变深D体积不变时升高温度，再度平衡时颜色变深分析：A、B两选项是结合判断化学反应速率变化而设置的，C、D两选项是结合判断化学平衡移动而设置的。速率变化与平衡移动是两个不同的、但又密切相关的概念，在解题时一定要正确处理好两者的关系。A选项：体积减小使反应物浓度及生成物浓度都增大，所以无论正反应速率还是逆反应速率都增大；B选项：体积不变时增加NO2的瞬间，反应物的浓度不变，正反应速率不变；而生成物的浓度增大，逆反应速率增大；C选项：体积不变加入少许N2O4，平衡向正反应方向移动，再度平衡时，各物质浓度均增大，颜色也一定加深；D选项：体积不变升高温度，平衡向吸热（正反应）方向移动，颜色一定加深。答案：B2、在密闭容器中，下列可逆反应达到平衡后，升高温度可以使混合气体平均相对分子质量减小的是（ ）AH2(g)+Br2(g)2HBr(g) H0BN2(g)+3H2(g)2NH3(g) H0CN2O4(g)2NO2(g)H0D4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)十6H2O(g) H0分析：根据质量守恒定律，反应前后质量不变，由于上述物质均是气体，当气体物质的物质的量增大时将使混合气体的平均相对分子质量减小，升高温度化学平衡应向吸热反应方向移动。应选择既是吸热反应方向，同时也是气体体积数增加方向的答案。答案：BC3、下列反应中熵减少的是（ ）A食盐晶体溶于水 B氢气在氧气中燃烧生成液态水C水蒸气冷凝为水 DBa(OH)2晶体与NH4Cl反应分析：A选项：固体溶解为熵增过程；B选项：气态反应物生成液态产物为熵减过程；C选项：气体液化为熵减过程；D选项：固态反应物生成气态产物为熵增过程。答案：BC4、某温度时，在一个2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。根据图中数据，试填写下列空白：（1）该反应的化学方程式为_；（2）反应开始至2 min，气体Z的平均反应速率为_；（3）若X、Y、Z均为气体，反应达平衡时：体系的压强是开始时的_倍；若此时只将容器的体积扩大为原来的2倍，达新平衡时，容器内温度将降低（容器不与外界进行热交换），则该反应为_反应（填“放热”或“吸热”）；达新平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量比原平衡时_（填“增大”、“减小”或“相等”）。（4）此反应达平衡后，若只加大体系压强，Z的物质的量减少，若Y是气体，则X的状态是_。分析：（1）根据各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比，根据图形可知，x、y的量减少，z的量增加，单位时间内的变化量即为反应物和生成物的系数关系，所以该反应的化学方程式为：3XY2Z 。（2）v(z) = 0.2/(22) = 0.05 mol/(Lmin)（3）若X、Y、Z均为气体，根据恒温恒容时压强之比即为气体的物质的量之比： (0.9+0.7+0.2)/(1+1)=0.9，所以反应达平衡时体系的压强是开始时的0.9倍；若将容器的体积扩大为原来的2倍，即为体系的压强降低，平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时，容器内温度降低（绝热体系），说明逆反应是吸热反应，则正反应为放热反应；达到新平衡时，气体总物质的量增大，根据质量守恒，容器内混合气体的平均相