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工业化学及化学反应进行的方向

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§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的依据。
改变条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:______________________________________。
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(Pa)
温度(℃)0.110203060100
20015.381.586.489.995.498.8
3002.252.064.27184.292.6
4000.425.138.247.065.279.8
5000.110.619.126.442.257.5
6000.054.59.113.823.131.4



*根据上表中的有关数据,计算在500℃、20Pa条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,根据化学平衡原理确定的条或措施有 (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.自发反应在恰当条下才能实现
D.自发反应在任何条下都能实现
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.gCO3(s)=gO(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)等温等容条下充入少量的稀有气体___________________________;
(4)等温等压条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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