06第32讲化学反应的方向与调控【正文】听课手册

第32讲化学反应的方向与调控1.知道化学反应是有方向的,知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。

2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。

3.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。考点一化学反应的方向1.自发反应(1)含义在温度和压强一定的条件下

就能自发进行的反应称为自发反应。(2)特点①体系趋向于从状态转变为状态(体系对外部或热量)。

②在密闭条件下,体系有从自发地转变为的倾向性(无序体系更加稳定)。

2.熵和熵变(1)熵是度量体系的物理量,符号为S。

(2)影响熵大小的因素:①相同条件下,物质不同则熵不同。②同一物质:S(g)S(l)S(s)。

(3)熵变(ΔS)=的总熵-的总熵。

3.反应进行的方向(1)判据(2)一般规律:①ΔH0,ΔS0的反应任何温度下都能自发进行;

②ΔH0,ΔS0的反应任何温度下都不能自发进行;

③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,下反应能自发进行。

说明:对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后气体物质的化学计量数的大小。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)能自发进行的反应,一定是放热反应 ()(2)同种物质不同状态时熵值不同,气态时最大 ()(3)在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大 ()(4)熵增的反应一定能自发进行 ()(5)一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热 ()(6)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同 ()(7)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 ()(8)-10℃的水结成冰,可用熵变的判据来解释反应的自发性 ()题组化学反应进行的方向1.已知反应Al2Br6(l)2Al(g)+6Br(g)ΔH,由图可知,若该反应自发,则该反应的。

A.ΔH>0,ΔS>0B.ΔH<0,ΔS>0C.ΔH>0,ΔS<0D.ΔH<0,ΔS<02.反应的焓变、熵变随温度的变化较小,假设它们不随温度变化,根据下表数据,思考回答下列问题:化学反应ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(J·mol-1·K-1)①2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g)-9857.2②CO2(g)C(s,石墨)+O2(g)393.5-2.86③HCl(g)+NH3(g)NH4Cl(s)-176-285④CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)178.2169.6(1)根据表中数据可知:反应①在温度下,正向自发进行。

(2)有人提出采用适当的催化剂,用热分解法分解CO2,以减少CO2的排放,你认为是否可行?。阐述判断的理由:

。

(3)利用复合判据,计算反应③能正向自发进行的温度范围:。

(4)利用复合判据,计算CaCO3分解的温度条件:。

归纳总结四象限法判断反应能否自发进行在温度、压强一定的条件下,反应总是向ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为如下四个方面:考点二反应条件的调控1.工业合成氨反应及分析(1)反应原理N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,ΔS=-198.2J·K-1·mol-1。(2)反应特点2.工业合成氨的条件调控(1)理论分析根据反应特点可知,合成氨反应速率增大的措施有升高温度、增大压强、增大N2和H2的浓度和使用催化剂;提高平衡混合物中NH3的含量的措施有降低温度、增大压强、增大反应物浓度。(2)合成氨条件的调控影响因素选择条件温度反应温度控制在400~500℃浓度N2、H2的体积投料比为1∶2.8。氨及时从混合气中分离出去,剩余气体

压强10MPa~30MPa催化剂选择作催化剂

3.化学反应的调控(1)通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。(2)在实际生产中常常需要结合、、等情况,综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。

(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件题组反应条件的控制1.[2025·广东东莞四校联考]化学反应的调控对于工业生产具有积极意义,下列关于调控措施的说法错误的是 ()A.硫酸工业中,在高温高压、催化剂作用下,可提高生产效益B.硫酸工业中,为提高SO2的转化率,可通入稍过量的空气C.工业合成氨,考虑催化剂的活性,选择400~500℃的反应温度D.工业合成氨,迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动2.[2025·江苏南通名校联盟联考]焦炉煤气(主要成分:CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下,使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1=+247.1kJ·mol-1反应Ⅱ:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反应Ⅲ:C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH3=+172kJ·mol-1反应Ⅳ:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH4=+131.29kJ·mol-1在1×105Pa下,将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管,CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。相对体积V(CH4)=产品气V(CH4)原料气V(CH4下列说法不正确的是 ()A.温度低于900℃,反应Ⅰ基本不发生B.850~900℃时,主要发生反应ⅣC.增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积D.工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂归纳总结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,又要注意二者影响的矛盾性,尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动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,循环利用从而降低生产成本从实际生产能力分析既要注意理论上的需要,又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性从催化剂的使用分析①防止催化剂中毒,增加净化装置;②温度对催化剂活性的影响;③应用催化剂的选择性,控制副反应,提高产率,降低生产成本经典真题·明考向1.[2024·浙江卷节选]25℃、101kPa下,硼氢化钠(NaBH4)水解生氢反应方程式如下:NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(aq)+4H2(g)ΔH<0,该反应能自发进行的条件是。

A.高温 B.低温 C.任意温度 D.无法判断2.[2024·贵州卷节选]一定温度下,CH4芳构化时存在如下反应:CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH1=+74.6kJ·mol-1ΔS=+80.84J·mol-1·K-1该反应在1000K时(选填“能”或“不能”)自发进行。

3.[2024·浙江卷]二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)ΔH1>0Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)ΔH2>0向容积为10L的密闭容器中投入2molC2H6和3molCO2,不同温度下,测得5min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是 ()温度/℃400500600乙烷转化率/%2.29.017.8乙烯选择性/%92.680.061.8注:乙烯选择性=转化为乙烯的乙烷的物质的量转化的乙烷的总物质的量×A.反应活化能:Ⅰ<ⅡB.500℃时,0~5min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)=2.88×10-3mol·L-1·min-1C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率D.其他条件不变,增大投料比n(C24.[2023·辽宁卷节选](1)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:NO2+SO2+H2ONO+H2SO42NO+O22NO2(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。

(ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是

(答出两点即可)。

(2)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH=-98.9kJ·mol-1(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段