第四十三講 化學反應進行的方向及工業化學【考試說明】1、能用焓變和熵變說明常見化學反應的方向。2、認識催化劑在生產、生活和科學研究領域中的重大作用。3、認識化學反應速率和化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。【教學設計】一、化學反應進行的方向1自發過程（1）含義：在一定條件下不借助外部力量就能自動進行的過程。（2）特點： 體系趨向于從 狀態轉變為 狀態。 在密閉條件下，體系趨向于從 狀態轉變為 狀態。2化學反應方向的判據（1）焓判據 用 判斷反應進行的方向。 焓減原理：自發反應的H 0，絕大多數放熱反應都能自發進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全。（2）熵判據 用 判斷反應進行的方向。自發反應的S 0 熵：描述體系 的物理量，用符號S表示 熵增原理：在與外界隔離的體系中，自發過程將導致體系的熵增大。大多數熵增加反應都能自發進行，且反應的熵增加越多，體系混亂度增加越多，反應越完全。產生氣體的反應、氣體物質的物質的量增大的反應，熵變通常都是正值（ S 0），為熵增加反應。 熵的大小：在同一條件下，不同物質的熵不同；同一物質的熵與其聚集狀態及外界條件有關，同一種物質，三種狀態下，熵值的大小順序為：氣態 液態 固態（3）焓判斷和熵判斷的復合判據（自由能變化）: G=HT SHTS0 反應 HTS = 0 反應 HTS0 反應 在溫度、壓強一定的條件下，自發反應總是向HTS0的方向進行，直至達到平衡狀態。【例1】下列過程是非自發的是（ ）A、水由高處向低處流； B、天然氣的燃燒；C、鐵在潮濕空氣中生銹； D、室溫下水結成冰【例2】 碳酸銨（NH4）2CO3在室溫下就能自發地分解產生氨氣，對其說法中正確的是A、其分解是因為生成了易揮發的氣體，使體系的熵增大；B、其分解是因為外界給予了能量；C、其分解是吸熱反應，據能量判據不能自發分解；D、碳酸鹽都不穩定，都能自發分解。【例3】某工業生產中發生反應：2A(g)+B(g) 2M(g)，H0。下列有關該工業生產的說法正確中的是 （ ）空氣水分離液化空氣N2O2C + O2 = CO2H2NH3CO2煤提供熱量C + H2O CO + H2CO + H2O CO2 + H2壓縮A、工業上在合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成B、若物質B價廉易得，工業上一般采用加入過量的B，以提高A和B的轉化率C、工業上一般采用較高溫度合成M，因溫度越高，反應物的轉化率越高D、工業生產中常采用催化劑，因為使用催化劑可提高M的日產量二、工業化學-合成氨的工業 1原料氣的準備 思考與交流：怎樣以空氣、水和煤為原料，制備硝酸銨。寫出有關化學反應方程式。2合成氨工業條件的選擇 請根據反應特點：N2 + 3H2 2NH3 (H0)，說明合成氨工業選擇合適條件的依據。 改變條件化學反應速率化學平衡生產措施濃度壓強溫度催化劑 總結合成氨的條件：_。【例4】化學工業在國民經濟中占有極其重要的地位，江蘇省是國內最早的硫酸生產基地之一。（1）硫酸生產中，根據化學平衡原理來確定的條件或措施有 （填寫序號）。 A礦石加入沸騰爐之前先粉碎 B使用V2O5作催化劑C接觸室中不使用很高的溫度 D凈化后爐氣中要有過量的空氣E接觸氧化在常溫下進行 F吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3（2）在537時，往容積可變的密閉容器中充入2molSO2（g）、1molO2（g），此時容器的體積為200L，壓強為1.01105Pa。向容器中加入固體催化劑，并保持恒溫恒壓，發生反應：2SO2 + O2 2SO3，達到平衡時，平衡氣體中SO3的體積分數為0.91。試回答下列問題： 從理論上看，壓強增大，平衡向正反應方向移動，SO2的轉化率增大。但工業上二氧化硫催化氧化采用常壓而不用高壓，主要的原因是 。 保持上述溫度和壓強不變，若向容器中只充入2molSO3，并加入固體催化劑，則平衡時SO2的體積分數是 ，此時平衡混合氣體的體積是 。 溫度仍保持537，容器的體積保持200L不變。充入amol SO2和bmolO2，并加入固體催化劑，反應達到平衡時，SO3的體積分數仍為0.91，體系壓強為1.01105Pa。若a:b2:1，則a= 。（3）硫酸工業的尾氣中含有少量的SO2，常加氨水吸收后再加硫酸回收SO2，同時得到化肥硫酸銨，硫酸銨溶液中各離子物質的量濃度由大到小的順序為 。【教學反思】第四十三講 化學反應進行的方向及工業化學(課時作業)1已知：C(s)CO2(g)2CO(g)；DH0。該反應達到平衡后，下列條件有利于反應向正方向進行的是( )A、升高溫度和減小壓強 B、降低溫度和減小壓強C、降低溫度和增大壓強 D、升高溫度和增大壓強2.下列說法正確的是 ( ) A.凡是放熱反應都是自發的，由于吸熱反應都是非自發的 B.自發反應在任何條件下都能實現C.自發反應在恰當條件下才能實現 D.自發反應一定是熵增大，非自發反應一定是熵減少或不變 3.下列關于化學反應的自發性敘述中正確的是 ( ) A.焓變小于0而熵變大于0的反應肯定是自發的 B.焓變和熵變都小于0的反應肯定是自發的C.焓變和熵變都大于0的反應肯定是自發的 D熵變小于0而焓變大于0的反應肯定是自發的4.下列反應是自發進行的吸熱反應的是 ( ) A.NaOH+HCl=NaCl+H2O B.NH4Br(s)=NH3(g)+HBr(g)C.2CO+O2=CO2 D.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)5乙酸蒸氣能形成二聚分子：2CH3COOH(g) (CH3COOH)2(g) ，H0。現欲測定乙酸的式量，應采取的措施是 A高溫低壓 B低溫高壓 C低溫低壓 D高溫高壓6一定條件下，合成氨反應達到平衡時，測得混合氣體中氨氣的體積分數為20.0%，與反應前的體積相比，反應后體積縮小的百分率是( )(A)16.7% (B)20.0% (C)80.0% (D)83.3% 7.下列過程屬于熵增加的是 ( ) A.一定條件下水由氣態變為液態 B.高溫高壓條件下使石墨轉化為金剛石C.散落的火柴的無序排列 D.CO點燃時生成CO28.已知石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為C(石墨、s)+ O2(g)= CO2(g) H2= 393.5kJ/mol，C(金剛石、s)+ O2(g)= CO2(g) H2= 395.4kJ/mol。關于石墨和金剛石的相互轉化，下列說法正確的是 ( ) A.石墨轉化成金剛石是自發進行的過程 B.金剛石轉化石墨成金剛石是自發進行的過程C.相同質量時，石墨比金剛石能量低 D.相同質量時，金剛石比石墨能量低9.250和1.01105Pa時，反應 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H=56.76kJ/mol，自發進行的原因 A.是吸熱反應 B.是放熱反應 C.是熵減少的反應 D.熵增大效應大于能量效應。10有平衡體系CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g），H0。為了增加甲醇的產量，工廠應采取的正確措施是 A高溫、高壓 B適宜溫度、高壓、催化劑 C低溫、低壓 D低溫、高壓、催化劑11恒溫、恒壓下，n molA和1molB在一個容積可變的容器中發生如下反應：A(g) + 2B(g) 2C(g) 一段時間后達到平衡，生成amolC。則下列說法中正確的是： A物質A、B的轉化率之比為1 : 2B當v正A=2v逆(C) 時，可斷定反應達到平衡C若起始時放入3nmolA和3molB，則達平衡時生成3amolC D起始時刻和達平衡后容器中的壓強比為（1+n）:（1+n-）1234567891011姓名： 學號： 班級： 12將物質的量之比為1:3的N2和H2混合，在一定條件下進行合成氨反應 N2 + 3H2 2NH3， 請說明采取下列措施，對化學平衡所產生的影響。 （1）使用催化劑_；（2）及時分離出NH3_； （3）等溫等容條件下充入少量的稀有氣體_； （4）等溫等壓條件下充入少量的稀有氣體_。13、在298 K時，下列反應的H依次為：C2H5OH(l) +3O2(g)2CO2(g) + 3H2O(l)；H1 = -1366.8 kJ. mol1C(石墨) + O2(g) CO2(g)； H2 = -393.5 kJ. mol1 H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l)； H3 = -285.8kJ. mol1乙醇(C2H5OH)、氫氣、石墨和氧氣的熵值分別為：161.0、130.6、5.74、205.3 Jmol1K1，則298K時，由單質生成1 mol乙醇的H、S及G分別為多少？14、（09年浙江理綜）超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，其反應為：2NO2CO2CO2N2。為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：時間(s)012345c(NO)(mol/L)1.001034.501042.501041.501041.001041.00104c(CO)(mol/L)3.601033.051032.851032.75103