第49講化學反應的方向與調控

［復習目標］1.了解烯、燧變的含義，會川復合判據判斷反應進行的方向。2.了解化學反應

的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。

考點一化學反應的方向

■歸納整合必備知識

1.自發反應

在一定條件下，無需外界幫助就能自發進行的反應稱為自發反應。

2.熠和熔變的含義

⑴端的含義

度量體系混亂程度的物理審，符號為3。嫡值越大，體系混亂度越大。同一條件下，不同物

質有不同的燧值；同一種物質在不同狀態下皤值也不同，一般規律是5(g)5(1)S(s)。

⑵端變的含義

AS=S(生成物)一S(反應物)。化學反應的AS越大，越有利于反應____________o

3.判斷化學反應方向的判據

△G-7AS

△G<0時，反應自發進行；

△G=0時，反應處于狀態；

△G>0時，反應自發進行。

五易錯辨析

I.在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學反應進行的方向()

2.因為婚變和精變都與反應的自發性有關，因此蛤變或烯變均可以單獨作為判斷反應能否

自發進行的判據()

3.過程自發性不僅能用于判斷過程的方向，還能確定過程發生的速率()

■專項突破

1.下列說法正確的是()

A.非自發反應一定不能實現

B.同種物質氣態時燧值最小，固態時牖值最大

C.反應NH3(g)+HCl(g)=NHQ⑸在室溫下可自發進嚀，則該反應的△“<()

D.恒溫恒壓下，△〃<()日△?()的反應一定不能自發進行

2.(1)汽車燃油不完全燃燒時產生CO,有人設想按下列反應除去CO：2CO(g)=2C(s)+

02(g)。已知該反應的△”>()，簡述該設想能否實現的依據：

(2)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CO?和用，化學方程式為2NO+2CO2cO2+N2。反應

能夠自發進行，則反應的0(填或“=")。理由是

(3)已知CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)A〃=+218kJmoL,該反應能夠自

發進行的反應條件是。

考點二化學反應的調控——工業合成氨

■歸納整合必備知識

1.化工生產適宜條件選攔的一般原則

條件原則

從化學反應速率分圻既不能過快，又不能太慢

既要注意外界條件對速率和平衡影響的?致性，又要注

從化學平衡移動分析

意對二者影響的矛盾性

增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而

從原料的利用率分析

降低生產成本

從實際生產能力分析如設備承受高溫、高壓能力等

從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性受溫度的限制

2.控制反應條件的基本措施

⑴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)、固體的表面枳以及使用催化

劑等途徑調控反應速率。

⑵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.工業合成氨反應的適宜條件

(1)理論分析

增大合成氨的反應速率和提高平衡混合物中氨的含量對反應條件的要求不盡相同：

影響因素

對合成氨反應的影響

濃度溫度壓強催化劑

增大合成氨的反應速率使用

提高平衡混合物中氨的含量

⑵實際工業合成氨反應的適宜條件

低壓(1xio7Pa)

①壓強|中壓(2XIO,?3X10?Pa)

高壓(8.5X107?lx[0pa)

②溫度：70()K左右。

③催化劑：以鐵為主體的多成分催化劑。

④濃度:N2與H2的投料比(物質的量之比)為1：2.8o

■專項突破關鍵能力

一、工業合成氨條件的分析

1.下圖是工業合成氨的工藝，根據流程解答下列問題:

液態NH,NHA+N2+H2

(I)工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破，其熱化學方程式如下：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△”=一92.4kJmoll結合反應的化學方程式分析哪些措施可

以提高合成氨的反應速率？哪些措施可以提高氮氣或氫氣的轉化率？

(2)工業合成氨中，使用鐵觸媒作催化劑。

①鐵觸媒加快化學反應速率的原因是什么？

②鐵觸媒能提高氫氣的平衡轉化率嗎？簡述理由。

3.乙烯是石油化工最基本的原料之一。

乙烷在一定條件下可脫氫制得乙烯：。提高乙烷平衡

(1)C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)AMAO

轉化率的措施有、，

⑵在乙烷中引入02可以降低反應溫度，減少積碳。涉及如下反應：

a.2c2H6(g)+O2(g)2c2H4(g)+2H2O(g)AH2Vo

b.2c2H6(g)+5Ch(g)4C0(g)+6H20(g)A^<()

。

c.C2Hg)+202(g)2co(g)+2H2OAH4<0

氧氣的引入可能導致過度氧化。為減少過度氯化，需要尋找催化劑降低反應________(填

“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據是。

⑶常壓下，在某催化劑作用下按照〃(投料制備乙烯，體系中和

C2H6)：n(O2)=I：1C2H4CO

在含碳產物中的物質的量百分數及C2H6轉化率隨溫度的變化如圖所示。

線

編

”

.

口

()

5655755?5595605

溫度/t

①乙烯的物質的量百分數隨溫度升高而降低的原因是

②在57()?600℃溫度范圍內，下列說法正確的是(填字母)。

A.C2H4產率隨溫度升高而增大

B.出0的含量隨溫度升高而增大

C.CzHe在體系中的物質的量百分數隨溫度升高而增大

D.此催化劑的優點是在較低溫度下降低CO的平衡產率

真題演練明確考向

1.(2021?江蘇，8)N?是合成氨工業的重要原料，N%不僅可制造化肥，還能通過催化氧化

生產HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金屬，也能與許多有機化合物發生反應；在高溫或放

電條件下，與。反應生成進一步氧化生成

N22NO,NON02o2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)AH

=-116.4kJmoF'o大氣中過量的NO、和水體中過量的NH；、NO］均是污染物。通過催化

還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉化為Nz，也可將水體中的NO3■轉化為N2。

對于反應2NO(g)+O2(g)=2NC)2(g)，下列說法正確的是()

A.該反應的AHvO,A5<0

B.反應的平衡常數可表示為K=坐牌？

C.使用高效催化劑能降低反應的熔變

D.其他條件相同，增大今瑞，NO的轉化率下降

2.[2022.遼寧，18(1)(2)(4)(5)]工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破，目前已有三位

科學家因其獲得諾貝爾獎,其反應為:1

N2(g)4-3H2(g)2NH3(g)AH=-92.4kJ.moFAS

=-200JK-,-mor,o

回答下列問題：

⑴合成氨反應在常溫下(填“能”或“不能”)自發。

⑵____________溫(填“高”或“低"，下同)有利于提高反應速率，____________溫有利于提高

平衡轉化率，綜合考慮催化劑(快觸媒)活性等因素，工業常采用400?500°C。

針對反應速率與平衡產率的矛盾，我國科學家提出了兩種解決方案。

(4)方案二：M-LiH復合催化劑。

1(MX)

](X)

1()

(

f

H

C

I

U

S

/

好

蟠

與

運

下列說法正確的是.(填字母)。

a.300℃時，復合催化劑比單一催化劑效率更高

b.同溫同壓下，復合催化劑有利于提高氨的平衡產率

c.溫度越高，復合催化劑活性一定越高

(5)某合成氨速率方程為：o=M(N2M(H2)MNH3),根