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本文题目：高三化学教案：工业化学及化学反应进行的方向

§3.2 化学平衡

( 7工业化学 )

【归纳与整理】

一、工业化学------合成氨的工业

1.原料气的准备

思考 怎样以空气、水和煤为原料，制备硝酸铵。写出有关化学反应方程式。

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

2.合成氨工业条件的选择

请根据反应特点：N2 + 3H2 2NH3 (△H<0)，说明合成氨工业选择合适条件的依据。

改变条件 化学反应速率 化学平衡 生产措施

浓度

压强

温度

催化剂

总结合成氨的条件：______________________________________。

3.合成氨反应达平衡时平衡混合物中NH3所占的体积分数[ n(N2) : n(H2) = 1 : 3 ]

压强(MPa)

温度(℃) 0.1 10 20 30 60 100

200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8

300 2.2 52.0 64.2 71 84.2 92.6

400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8

500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5

600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4

*根据上表中的有关数据，计算在500℃、20MPa条件下合成氨反应达到平衡时，N2的转化率为_________;列出由NH3的体积分数(a %)计算N2的转化率的一般表达式_________。

二、化学反应进行的方向

1.自发过程

(1)含义：在一定条件下不借助外部力量就能自动进行的过程。

(2)特点： ① 体系趋向于从 状态转变为 状态。

② 在密闭条件下，体系趋向于从 状态转变为 状态。

2.化学反应方向的判据

(1)焓判据

① 用 判断反应进行的方向。

② 焓减原理：自发反应的∆H 0，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。

(2)熵判据

① 用 判断反应进行的方向。自发反应的∆S 0

② 熵：描述体系 的物理量，用符号S表示

③ 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。大多数熵增加反应都能自发进行，且反应的熵增加越多，体系混乱度增加越多，反应越完全。产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值( △S >0)，为熵增加反应。

④ 熵的大小：在同一条件下，不同物质的熵不同;同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，同一种物质，三种状态下，熵值的大小顺序为：气态 液态 固态

(3)焓判断和熵判断的复合判据(自由能变化):

△ G=△H—T △S

ΔH-TΔS<0 反应

ΔH-TΔS = 0 反应

ΔH-TΔS>0 反应

在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH-TΔS<0　的方向进行，直至达到平衡状态。

【例1】化学工业在国民经济中占有极其重要的地位，江苏省是国内最早的硫酸生产基地之一。

(1)硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有 (填写序号)。

A.矿石加入沸腾炉之前先粉碎 B.使用V2O5作催化剂

C.接触室中不使用很高的温度 D.净化后炉气中要有过量的空气

E.接触氧化在常温下进行 F.吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3

(2)在537℃时，往容积可变的密闭容器中充入2molSO2(g)、1molO2(g)，此时容器的体积为200L，压强为1.01×105Pa。向容器中加入固体催化剂，并保持恒温恒压，发生反应：

2SO2 + O2 2SO3，达到平衡时，平衡气体中SO3的体积分数为0.91。试回答下列问题：

①从理论上看，压强增大，平衡向正反应方向移动，SO2的转化率增大。但工业上二氧化硫催化氧化采用常压而不用高压，主要的原因是 。

②保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molSO3，并加入固体催化剂，则平衡时SO2的体积分数是 ，此时平衡混合气体的体积是 。

③温度仍保持537℃，容器的体积保持200L不变。充入amol SO2和bmolO2，并加入固体催化剂，反应达到平衡时，SO3的体积分数仍为0.91，体系压强为1.01×105Pa。若a:b=2:1，则a= 。

(3)硫酸工业的尾气中含有少量的SO2，常加氨水吸收后再加硫酸回收SO2，同时得到化肥硫酸铵，硫酸铵溶液中各离子物质的量浓度由大到小的顺序为 。

【基本练习】

 化学反应进行的方向

1.下列过程是非自发的是

A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧

C.铁在潮湿空气中生锈 D.室温下水结成冰

2.自发进行的反应一定是

A.吸热反应 B.放热反应

C.熵增加反应 D.熵增加或者放热反应

3.下列说法正确的是

A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的

B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变

C.自发反应在恰当条件下才能实现

D.自发反应在任何条件下都能实现

4.250℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+56.76kJ/mol，自发进行的原因是

A.是吸热反应 B.是放热反应

C.是熵减少的反应 D.熵增大效应大于能量效应

5.以下自发反应可用能量判据来解释的是

A.硝酸铵自发地溶于水

B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H= -571.6 kJ/mol

C.(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= +74.9 kJ/mol

D.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) △H= +56.7kJ/mol

6.下列反应中，熵减小的是

A.(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)

C.2CO(g)=2C(s)+O2(g) D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)

 工业化学

1.乙酸蒸气能形成二聚分子：2CH3COOH(g) (CH3COOH)2(g) ，△H<0。现欲测定乙酸的式量，应采取的措施是

A.高温低压 B.低温高压 C.低温低压 D.高温高压

2.有平衡体系CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)，△H<0。为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措施是

A.高温、高压 B.适宜温度、高压、催化剂

C.低温、低压 D.低温、高压、催化剂

3.将物质的量之比为1:3的N2和H2混合，在一定条件下进行合成氨反应 N2 + 3H2 2NH3，

请说明采取下列措施，对化学平衡所产生的影响。

(1)使用催化剂_____________________;

(2)及时分离出NH3_______________________;

(3)等温等容条件下充入少量的稀有气体___________________________;

(4)等温等压条件下充入少量的稀有气体___________________________。

参考答案

1【解析】D

2【解析】D

3【解析】C

4【解析】D

5【解析】B

6【解析】C

 工业化学

1【解析】A

2【解析】B

3【解析】(1) 不影响 (2) 平衡正向移动 (3) 不移动 (4) 逆向移动

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