第4节化学反应条件的优化——工业合成氨 [课标要求]
1．了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件。
2．了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。
3．认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。
1．N 2(g)＋3H23(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。理论上增大
反应物浓度和增大压强及时分离出NH3及降低温度有利于氨气的合成。
2．升高温度，增大压强，加入合适催化剂能提高化学反应速率。
3．结合实际生产，合成氨一般选择铁做催化剂，控制反应温度700 K
左右，高压且n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。
合成氨反应的限度
1．反应原理
N 2(g)＋3H23(g) 298 K时，ΔH＝－92.2 kJ·mol－1ΔS＝－198.2 J·mol －1·K－1。
2．反应特点
合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。
3．有利于氨生成的措施
(1)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(2)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理解释的是( )
A．使用铁触媒，有利于N2和H2反应合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨反应
C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
解析：选B 催化剂不影响平衡移动；合成氨反应的正反应是气体分子数减小的反应，高压条件有利于平衡正向移动；工业合成氨采用500 ℃是综合考虑反应速率、转化率及催化剂的活性温度后确定的；采用循环操作与平衡移动无关。
2．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温B．高压
C．使用催化剂D．增大N2的浓度
解析：选B 提高N2的转化率应使平衡向右移动，使用催化剂对平衡无影响，升高温度平衡向左移动，高压和增大N2的浓度平衡向右移动，但增大N2的浓度，N2的转化率会
降低。
合成氨反应的速率及适宜条件的选择
1．外界条件对速率的影响
(1)浓度
在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
(2)催化剂
使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。
(3)温度
温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。
(4)压强
压强越大，反应进行得越快。
2．合成氨反应条件的选择依据
工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(1)升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的主要原因是什么？ 提示：温度太高，催化剂活性减弱。
(2)工业合成氨中为达到最大平衡转化率，反应物的投料n (N 2)∶n (H 2)＝？ 提示：n (N 2)∶n (H 2)＝1∶2.8。
实际生产中合成氨的适宜条件
1．压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型，一般采用高压。
2．温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在700 K 左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。
3．催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁做催化剂。
4．浓度：合成氨生产通常采用N 2和H 2物质的量之比为1∶2.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去。
5．为提高平衡转化率，工业合成采用原料的循环利用。
1．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( ) A ．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B ．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间
C ．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响
D ．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 解析：选C 对于反应N 2(g)＋3H 2
3
(g)，使用催化剂只能提高反应速率，缩
短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH 3的方向移动。
2．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A ．从合成塔出来的混合气体，其中NH 3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件
解析：选B 合成氨反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离出来后，再将未反应的N2、H2循环利用，经过这样的处理后，可使合成氨的产率提高，据此可知A项错误，B项正确；合成氨工业选择700 K左右的反应温度，是综合了多方面的因素确定的，合成氨反应的正反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C项错误；无论是从反应速率还是从化学平衡方面考虑，高压更有利于合成氨，但压强越大，对设备、动力的要求越高，故D项错误。
3．在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有( )
①增大体积使压强减小②减小体积使压强增大③升高温度④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2⑦及时分离产生的NH3⑧使用正催化剂
A．①④⑤⑦B．②③④⑦⑧
C．②⑤ D．②③⑤⑥⑧
解析：选C 要使氨的产率增大，平衡右移，增大压强和降低温度、增大N2和H2的浓度、及时分离产生的NH3均可，要使化学反应速率增大，增大压强、升高温度、增大N2和H2的浓度、使用正催化剂，因此符合要求的是②⑤。
[三级训练·节节过关]
1．在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH
3)，下列条件不能加快反应速率的是( )
A．加入催化剂B．增大H2的浓度
C．升高温度D．增大NH3的浓度
解析：选D 加入催化剂、升高温度均能加快反应速率，由速率方程知增大H2的浓度反应速率加快，增大NH3的浓度速率减慢。
2．合成氨工业上采用了循环操作，主要原因是( )
A．加快反应速率B．提高NH3的平衡浓度
C．降低NH3的沸点D．提高N2和H2的利用率
解析：选D 合成氨反应是可逆反应，采取循环操作的主要目的是提高N2和H2的利
用率。
3．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率②提高H2的转化率③提高氨的产率④催化剂在700 K 时活性最高
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
解析：选D 合成氨反应为放热反应，温度升高，转化率降低，但反应速率加快，同时要考虑催化剂的活性。
4．在合成氨工业中，下列措施不能使化学平衡向右移动的是( )
①不断将NH3分离出来②使用催化剂③采用700 K左右的高温④采用2×107～5×107 Pa的压强
A．①④ B．②③
C．①③ D．②④
解析：选B ①减小生成物浓度，有利于化学平衡向正反应方向移动，所以不断将氨气分离出来有利于化学平衡向右移动；②使用催化剂能同等程度地加快正、逆反应速率，不能改变化学平衡，所以平衡不移动；③由于合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向左移动，所以采用700 K左右的高温，不利于化学平衡向右移动；④由于合成氨反应的正反应为气体分子数减小的反应，故增大压强有利于平衡向右移动。综上所述，②③不能使化学平衡向右移动。
5．已知工业合成氨N 2(g)＋3H23(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。
(1)一定温度下，在容积恒定的密闭容器中，一定量的N2和H2反应达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率与时间的关系如图所示，其中t2、t4、t7时刻所对应的实验条件改变分别是t2________，t4________，t7________。
(2)温度为T℃时，将2a mol H2和a mol N2放入0.5 L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.1 kJ，则该温度下反应的平衡常数为________。
解析：(1)t2时刻正反应速率瞬间增大，逆反应速率瞬间未变化，平衡正向移动，应是增大了反应物的浓度；t4时刻速率变大，但平衡未发生移动，应是加入了催化剂；t7时刻正、逆反应速率都瞬间减小后平衡正向移动，应是降低了温度。
(2)三段式计算：
N 2(g)＋3H23(g)
起始物质的量
浓度/(mol·L－1): 2a 4a 0
转化物质的量
浓度/(mol·L－1): a 3a 2a
平衡物质的量
浓度/(mol·L－1): a a 2a
平衡时放出热量46.1 kJ，则平衡时N2转化了0.5 mol,0.5a mol＝0.5 mol，a＝1.0。
K＝－12
－14
＝4.0(mol·L－1)－2。
答案：(1)增大N2或H2的浓度加入催化剂降温
(2)4.0(mol·L－1)－2
1．下列有关合成氨工业的说法中正确的是( )
A．铁做催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C．增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间
D．合成氨采用的压强是2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高
解析：选C 催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强加快反应速率，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小，D项错误。
2．合成氨反应使用催化剂的理由是( )
A．使逆反应不发生
B．使平衡向正反应方向移动
C．加快正、逆反应速率，缩短达到平衡的时间
D．提高原料的转化率
解析：选C 使用催化剂，加快反应速率，缩短达到平衡时间，但平衡不移动。
3．合成氨时，既要使H2的转化率增大，又要使反应速率增大，可采取的方法是( ) A．补充H2B．升高温度
C．增大压强D．使用催化剂
解析：选C 合成氨反应是放热、气态物质系数减小的反应，补充H2、升高温度、增大压强、使用催化剂都能使反应速率增大，但补充H2会使H2的转化率减小；升高温度使平衡左移，H2的转化率减小；使用催化剂，平衡不移动，H2的转化率不变；只有增大压强会使平衡右移，H2的转化率增大。
4．如图所示是合成氨的简要流程示意图，图中沿x路线到压缩机的物质是( )
A．N2和H2B．催化剂
C．N2D．H2
解析：选A 在合成塔中氨的产率较低，有大量未反应的N2和H2，为提高原料的利用率，将未反应的原料气循环利用。
5．下列措施不能使合成氨反应的速率增大的是( )
A．升高温度B．降低温度
C．使用催化剂D．及时分离出NH3
解析：选B 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v ＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，可知及时分离出NH3能提高合成氨反应的速率；升高温度、使用催化剂能提高合成氨反应的速率。
6.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分
析合成氨工业最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
解析：选 C 由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为700 K，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。
7．一定条件下，将10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H 23(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是( )
A．15% B．30%
C．35% D．75%
解析：选A 对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)＝3n(N2)＝3.0 mol，但事实上，N2是不可能完
全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 mol，故H2的转化率α(H2)<3.0 mol
10.0 mol ×100%＝30%。
8．下列关于N2＋3H23反应速率与时间的关系图中，纵坐标为反应速率v，横坐标为时间t，当反应达到平衡后，条件发生改变与速率变化的关系中不符合实际的是( )
解析：选A 合成氨反应的化学方程式的特点是：体积缩小、放热反应，所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后，若升高温度，化学平衡左移，实际上此时是逆反应速率大于正反应速率，所以A图像错误；如果给体系加压，体系中所有物质的浓度都增大，所以正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度，所以B图像正确；使用催化剂不会使化学平衡发生移动，只能改变化学反应速率，所以C图像也是正确的；补充N2和H2，则平衡体系中反应物的浓度增加，所以正反应速率增大，分离出NH3，产物的浓度降低，所以逆反应速率减小，所以D图像正确。
9．在密闭容器内，使1 mol N2与3 mol H2混合发生下列反应：3H2＋N23ΔH<0
(1)合成氨时选择500 ℃高温的目的是________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是________。
(3)当达到平衡时，充入氩气，并保持体积不变，平衡将________移动。
(4)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将________移动，反应速率将________。
(5)当达到平衡时，充入N2并保持压强不变，平衡将________移动。
(6)当达到平衡时，保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均相对分子质量________，密度________。
解析：合成氨时选择500 ℃高温可以加快反应速率，而且工业上用的催化剂在该温度时活性最大；因为初始和转化的N2和H2的浓度比都是1∶3，所以当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是1∶3；平衡时保持体积不变，充入氩气平衡不移动；保持压强不变充入氩气，容器体积变大，反应速率将变小，平衡逆向移动；充入N2并保持压强不变，平衡将正向移动；保持体积不变，升高温度时，平衡逆向移动，混合气体的质量不变，总物质的量变大，平均相对分子质量变小，密度不变。
答案：(1)加快反应速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大(2)1∶3(3)不(4)逆向变小
(5)正向 (6)减小 不变
10．下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH 3含量的变化情况。 达到平衡时平衡混合物中NH 3的含量(体积分数)c (投料V (N 2)∶V (H 2)＝1∶3]
或“逆反应”)方向移动，正反应方向为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是____________________________________。 A ．高温高压 B ．高温低压 C ．低温高压 D ．低温低压
(3)计算500 ℃，30 MPa 时N 2的转化率________。
(4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，及500 ℃对反应速率的影响，还采取了一些措施请分别写出其中的一个措施：________________________________________
________________________________________________________________________。 解析：(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，w (NH 3)减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应。
(2)由反应N 2(g)＋3H 2
3
(g) ΔH ＜0，合成氨适宜条件是低温、高压，此时平
衡右移，反应物转化率大。
(3)假设N 2的用量为1 mol ，H 2的用量为3 mol ，N 2的消耗量为x mol ，则： N 2(g) ＋ 3H 2(g)2NH 3(g)
初始量(mol) 1 3 0 转化量(mol) x 3x 2x 平衡量(mol) 1－x 3－3x 2x
得：2x 2x ＋1－x ＋3－3x
×100%＝26.4%
x ＝0.4177
α(N 2)＝0.4177 mol
1 mol
×100%＝41.77%。
(4)增大反应物浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高化学反应速率，500 ℃时加入合适的催化剂(铁)，既提高化学反应速率，又使铁的催化性能最好。
答案：(1)逆反应放热
(2)C (3)41.77%
(4)加过量N2或及时从平衡体系中移走NH3，选择合适的催化剂(如铁)
1．可逆反应N 2(g)＋3H23(g) ΔH<0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法正确的是( )
A．升高温度、降低压强、增加氮气
B．降低温度、增大压强、加入催化剂
C．升高温度、增大压强、增加氮气
D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气
解析：选D 要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故选D。
2．下列说法能够用平衡移动原理来解释的是( )
A．加入催化剂可以提高单位时间氨的产量
B．高压有利于氨的合成反应
C．500 ℃高温比室温更利于合成氨的反应
D．恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入He，使压强增大，则平衡正向移动，NH3增多
解析：选B A项，加入催化剂只能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，提高“单位时间”的产量，不能使化学平衡发生移动；B项，合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强，使平衡正向移动，有利于合成氨，符合平衡移动原理；C项，因为合成氨是一个放热反应，所以从化学平衡移动角度分析，应采用较低温度，500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动，采用500 ℃既考虑到温度对速率的影响，更主要的是500 ℃左右催化剂活性最大；D项，恒温恒容下充入He，He不与N2、H2、NH3反应，虽总压强增大了，实际上平衡体系各成分浓度不变，平衡不移动，NH3的产量不变。
3．某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是( )
A.1
5
B.
1
4
C.16
D.12
解析：选A 设起始时H 2为a mol 、N 2为b mol ，平衡时NH 3为x mol ，则 3H 2 ＋ N 2 2NH 3
起始(mol): a b 0
平衡(mol)： a －3x 2 b －x
2 x
依题意可得：
x
a －3x 2＋
b －x 2
＋x
×100%＝25% 化简得：x a ＋b －x ＝14
解得：
x
a ＋
b ＝15，即反应后缩小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为15
。根据相同条件下，体积之比等于物质的量之比，反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比为1
5
。 4．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于N 2(g)＋3H 2
3
(g)反应的图像中，
错误的是( )
解析：选C 合成氨的正反应是放热反应，升高温度正、逆反应速率都增大，但逆反应速率增大的程度大，A 正确；在T 1时φ(NH 3)最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，φ(NH 3)减小，B 正确，C 错误；增大压强，平衡正向移动，φ(NH 3)增大，D 正确。
5．合成氨反应的正反应是气态物质系数减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如图所示。
下列关于合成氨工业的说法中不正确的是( ) A ．将混合气体进行循环利用符合绿色化学思想
B．合成氨反应需在低温下进行
C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D．使用催化剂可以提高反应速率，但不能使平衡向正反应方向移动
解析：选B 混合气的循环利用可以提高原料的利用率，减少污染和浪费，符合绿色化学思想，A项正确；低温有利于提高原料的转化率，但不利于提高反应速率和催化剂发挥催化作用，故合成氨不采用低温条件，B项错误；增大压强，平衡正向移动，提高了原料的转化率，C项正确；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，D项正确。
6．合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：
CO(g)＋H2O(g)催化剂
CO2(g)＋H2(g) ΔH<0
反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是( )
A．增加压强B．降低温度
C．增大CO的浓度D．更换催化剂
解析：选B 选项A，该反应为反应前后气体分子数相等的反应，压强对CO的转化率无影响；选项B，该反应为放热反应，降低温度有利于化学平衡向右移动，提高CO的转化率；增大CO的浓度会降低CO的转化率；选项D，更换催化剂不能使化学平衡发生移动。
7.对于密闭容器中的反应：N 2(g)＋3H23(g) ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A．a点的正反应速率比b点的大
B．c点处反应达到平衡状态
C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不一样
D．其他条件不变，温度为773 K时反应至t1时刻，n(H2)
比图中d点的值小
解析：选A 由图可以看出，N2和H2反应生成氨气，开始时正反应速率最大，A项正确；c点时H2和NH3的物质的量相等，但二者的含量还在变化，没有达到平衡状态，B项错误；t1时反应已经达到平衡状态，d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)相同，C项错误；773 K 高于673 K，升温后平衡逆向移动，t1时刻n(H2)在773 K时比673 K时的多，D项错误。
8.在反应N 2(g)＋3H23(g) ΔH<0的平衡体系中，当恒温恒压条件下t1时刻分离出NH3时，下列说法正确的是( )
A．t1时刻后的速率变化如图所示
B．t1时刻后达到新平衡前Q>K
C．新平衡体系中NH3的含量增大
D．N2的平衡转化率增大
解析：选D 分离出NH3，使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Q
9．工业合成氨N 2(g)＋3H23(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：
(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点____________(填“升高”或“降低”)，理由是______________________________________________________。
(2)450 ℃时该反应的平衡常数________500 ℃时的平衡常数(填“<”“>”或“＝”)。
(3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母代号)。
a．高温高压b．加入催化剂c．增加N2的浓度d．增加H2的浓度e．分离出NH3
解析：(1)催化剂能降低反应的活化能；(2)该反应正向为放热反应，低温有利于平衡正向移动，450 ℃时反应正向进行的程度大，即450 ℃对应的平衡常数K大；(3)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c可以；d降低H2的转化率；分离出NH3，有利于平衡右移，e可以。
答案：(1)降低催化剂能降低反应活化能
(2)> (3)ce
10．工业合成氨是在一定条件下进行如下反应：N 2(g)＋3H23(g) ΔH＝－92.44 kJ·mol－1，
其部分工艺流程如图所示：
反应体系中各组分的部分性质见下表
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K＝________。随着温度的升高，K值____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)K值越大，表明________(填字母)。
A．其他条件相同时N2的转化率越高
B．其他条件相同时NH3的产率越大
C．原料中N2的含量越高
D．化学反应速率越快
(3)在工业上采取气体循环的流程，即反应后通过把混合气体的温度降低到________使
________分离出来；继续循环的气体是________。
解析：(1)由化学方程式N 2(g)＋3H23(g)可知，K H<0，
[N2]和[H2]增大，故K减小。(2)K值越大，说明[NH3]越大，[N2]和[H2]就越小，说明反应进行的程度大，故其他条件相同时N2的转化率越高，NH3的产率越大。(3)根据物质的熔、沸点可知，氨气容易液化，使其分离可使平衡正向移动，剩余N2和H2循环使用，以提高产率。
答案：(1)[NH3]2
[N2][H2]3
减小(2)A、B (3)－33.42 ℃氨N2和H2
第2章化学反应的方向、限度和速率 一、在温度、压强一定的条件下，化学反应方向的判据为： ，反应能自发进行；，反应达到平衡状态；，反应不能自发进行。 二、化学平衡 1．化学平衡常数 （1）对于化学反应：aA＋bB cC＋dD，化学平衡常数K＝，浓度商Q＝。 （2）Q＞K，；Q＝K，；Q＜K，。 2．对于化学反应：aA＋bB cC＋dD，反应物A的平衡转化率α（A）＝。 3．反应条件对化学平衡的影响（温度、浓度、压强） 三、化学反应速率 1．化学反应速率v＝。 对于反应aA＋bB === dD＋eE：v＝＝＝＝ 2．影响因素（浓度、温度、催化剂） 考点一：化学反应的方向 1．已知反应3O2（g）===2O3（g）的ΔH<0,ΔS>0，下列对此反应的叙述正确的是（）A．该反应在任何情况下均能自发进行B．该反应在任何情况下均不能自发进行 C．该反应在一定条件下能自发进行D．条件不足，无法判断 考点二：化学平衡的移动 1．对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是（） A．提高反应物的平衡转化率B．以同等程度改变正逆反应的速率 C．改变平衡混合物的组成D．增大正反应速率，减小逆反应速率 2．增大压强，对已达到平衡的反应3P（g）+ Q（g）2R（g）+ 2G（s）产生的影响是（） A．正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动 B．正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向逆反应方向移动 C．正、逆反应速率都不变，平衡不发生移动 D．正逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动 3．下列各反应达到平衡后，加压或降温都能使化学平衡向逆反应方向移动的是（）A．2NO N2O4（正反应为放热反应）B．C（s）+ CO22CO（正反应为吸热反应） + 3H22NH3（正反应为放热反应）D．H2S H2 + S（s）（正反应为吸热反应） C．N 4．在一定条件下，在体积可变的容器中建立以下平衡：2NO 2（g）N2O4（g）（正反应为放热反应）保持其它条件不变，只改变下列中的一个条件时，混合气体的颜色肯定加深的是（） A．降低温度B．使用适当催化剂C．容器体积扩大至原来的2倍D．容器体积缩小至原来的1/2 5．可逆反应a X（g）+ b Y（g） c Z（g）在一定条件下达到化学平衡，c（Z）＝2 mol/L。保持其它条件不变，将容器体积扩大至原来的2倍，重新平衡后，测得c（Z）＝1.2 mol/L。下列关于a、b、c的关系式中，正确的是（） A．a + b ＜c B．a + b ＝c C．a + b ＞c D．无法判断 6．已知：4NH3（g）+5O2（g）=== 4NO（g）+6H2O（g）. △H=－1 025 kJ·mol－1该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是（） A B C D
专题化学反应的方向和限度 一、可逆反应与化学平衡状态 1．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)?2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L －1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是() A．Z为0.3 mol·L－1B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.2 mol·L－1D．Z为0.4 mol·L－1 2．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比，⑦某种气体的百分含量 (1)能说明2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)达到平衡状态的是________。 (2)能说明I2(g)＋H2(g)?2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g)?N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明C(s)＋CO2(g)?2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明A(s)＋2B(g)?C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明NH2COONH4(s)?2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。 (7)能说明5CO(g)＋I2O5(s)?5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。 3．若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？ 二、化学平衡常数 5．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。 (1)Cl2＋H2O?HCl＋HClO (2)C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g) (3)CH3COOH＋C2H5OH?CH3COOC2H5＋H2O (4)CO2－3＋H2O?HCO－3＋OH－ (5)CaCO3(s)?CaO(s)＋CO2(g) 题组一多个反应中平衡常数关系判断 1．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s)?NaNO3(s)＋ClNO(g)K1 2NO(g)＋Cl2(g)?2ClNO(g)K2 则4NO2(g)＋2NaCl(s)?2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。 2．已知：①CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g) ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g) ③CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) 某温度下三个反应的平衡常数的值依次为K1、K2、K3，则该温度下反应3CO(g)＋3H2(g)?CH3OCH3(g)＋CO2(g)的化学平衡常数K为________________(用K1、K2、K3表示)。 题组二平衡常数的影响因素及其应用 3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制
2.2 化学反应的方向和限度 第 2 课时 每课一练（苏教版选修 4） 基础达标 1.改变反应条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列变化中正确的是（ ） A.生成物浓度一定增大 B.生成物的物质的量分数一定增大 C.反应物的转化率一定提高 D.某生成物的产率可能提高 解析：如增大体积平衡向正方向移动，则生成物浓度减小，选项 A 错；如加入反应物平衡 向正方向移动，生成物的质量分数不一定增大，转化率有增大、有减小，故选项 B 、C 错； 不论取什么措施，生成物产率有可能提高，故选项 D 正确。 答案：D 2.如图所示，φ(X)为气态反应物在平衡混合物中的体积分数，T 为温度。符合该曲线的反应 是（ ） A.2NH 3(g) N 2(g)+3H 2(g)(正反应为吸热反应) B.H 2(g)+I 2(g) 2HI(g)(正反应为放热反应) C.4NH 3(g)+5O 2(g) 4NO(g)+6H 2O(g)(正反应为放热反应) D .2SO 2（g ）+O 2(g) 2SO 3(正反应为放热反应) 解析：随温度升高 φ（X ）含量减小，则正反应一定是吸热反应，随压强增大 φ（X ）含量 升高，则正方向一定是体积增大的方向即 ΔV （g ）＞0，故选项 A 正确。 答案：A 3.在密闭容器中，进行反应 X （g ）+3Y(g) 2Z(g)，达到平衡后，其他条件不变，只增 加 X 的量，下列叙述中不正确的是（ ） A.正反应速率增大，逆反应速率减小 B.X 的转化率变大 C.Y 的转化率变大 D.正、逆反应速率都增大 解析：对于反应 X （g ）+3Y （g ） 2Z （g ）达到平衡只增加 X ，则平衡向右移动，正 反应速率增大，逆反应速率也随之逐渐增大，Y 转化率增大，X 的转化率却减小，故选 C 。 答案：C 4.可逆反应 3H 2（g ）+N 2(g) 2NH 3(g) ΔH ＜0,达到平衡后，为了使 H 2 的转化率增大， 下列选项中采用的三种方法都正确的是（ ） A.升高温度，降低压强，增加氮气 B.降低温度，增大压强，加入催化剂 C.升高温度，增大压强，增加氮气 D.降低温度，增大压强，分离出部分氨 解析：由于 ΔH ＜0，降低温度平衡向正方向移动，故 A 、C 错误；催化剂对化学平衡无影响， 故 B 错误；增大压强和分离出部分氨，都能增大 H 2 的转化率，故选 D 。
高考化学一轮复习测试卷及解析（36）： 化学反应的方向和限度 题组一 化学平衡状态的判断及平衡特征 1．(2011·山东理综，28)研究NO 2、SO 2、CO 等大气污染气体的处理具有重要意义。 (1)NO 2可用水吸收，相应的化学反应方程式为________________________________。 利用反应6NO 2＋8NH 37N 2＋12H 2O 也可处理NO 2。当转移1.2 mol 电子时，消耗的NO 2在标准状况下是________L 。 (2)已知：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g)；ΔH ＝－196.6 kJ·mol －1 2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g)；ΔH ＝－113.0 kJ·mol －1 则反应NO 2(g)＋SO 2(g) SO 3(g)＋NO(g)的ΔH ＝________kJ·mol －1。 一定条件下，将NO 2与SO 2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是________。 a ．体系压强保持不变 b ．混合气体颜色保持不变 c ．SO 3和NO 的体积比保持不变 d ．每消耗1 mol SO 3的同时生成1 mol NO 2 测得上述反应平衡时NO 2与SO 2体积比为1∶6，则平衡常数K ＝________。 (3)CO 可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g)。CO 在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。 该反应ΔH ________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa 左右， 选择此压强的理由是__________________________________________________________。 2．(2011·浙江理综，27)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH 2COONH 4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。 (1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡： NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)＋CO 2(g) 实验测得不同温度下的平衡数据列于下表： 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/mol·L －1 2.4×10－3 3.4×10－3 4.8×10－3 6.8×10－3 9.4×10－3 ①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。 A ．2v (NH 3)＝v (CO 2) B ．密闭容器中总压强不变 C ．密闭容器中混合气体的密度不变 D ．密闭容器中氨气的体积分数不变 催化剂 △
化学反应的方向和限度 主讲：程为民 一周强化 一、一周内容概述 本周学习了化学反应的方向和限度，重点介绍了：化学反应的方向、判断化学反应方向的依据、化学平衡的建立、化学平衡常数、平衡转化率等。 二、重难点知识剖析 （一）化学反应的方向 自发反应：在一定条件下无需要外界帮助就能自动进行的反应。 化学反应具有方向性。许多化学反应能自发进行，而其逆反应无法进行。如： Zn＋CuSO 4＝ZnSO 4 ＋Cu （二）判断化学反应方向的依据 1、判断反应能否自发进行的因素之一：焓变（△H） （1）若△H＜0 ，一般正反应能自发进行。 （2）若△H＞0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。 绝大多数放热反应都能自发进行，而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。因此，反应体系有趋向最低能量状态的倾向。 2、判断反应能否自发进行的因素之二：熵变（△S） 决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。体系中微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。 熵变（△S）：反应前后体系熵的变化叫做熵变，可用△S表示。如果发生变化后体系的混乱度增大，该过程的△S＞0 ；反之△S＜0 。 自发反应趋向于最大混乱度方向进行，即熵变△S＞0的方向。 （1）若△S＞0 ，一般正反应能自发进行。 （2）若△S＜0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。
3、判断反应能否自发进行的综合因素：吉布斯自由能（△G） 在恒温压条件下，封闭系统的吉布斯自由能变：△G＝△H－T△S。这一公式称为吉布斯等温方程式，是化学上最重要和最有用的公式之一。△G可作为反应或过程自发性的衡量标准：△G＜0时，过程为自发过程；△G＞0时，过程为非自发过程；△G＝0时，处于平衡状态。 △G的符号和大小不但取决于△H和△S的符号和大小，也与温度密切相关，可能出现表所示的四种情况。 表△H、△S及T对反应自发性的影响 类型 △H △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 △H △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋度均自发 2O 3 O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋ 发 2O 3 O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋ O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O (g)＝3O2(g) 3 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O 3 (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O 2 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何 温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 2 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温 (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O 2 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度－ ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O 3
化学反应的方向、限度和速率（一） 1.在恒温下的密闭容器中,有可逆反应:2NO 2N2O4,下列不能说明反应达到了平衡状态的是( C ) A.N2O4生成速率与N2O4分解速率相等时 B.混合气体平均相对分子质量保持不变时 C.NO2的分子数与N2O4分子数比为2∶1时 D.体系颜色不再发生改变时 解析:v 正(N2O4)=v逆(N2O4)说明反应达到了平衡,故A能说明;由=, m 总为定值,n总为变量,当n总一定时,反应达平衡,即此时不再变化,B 能说明反应达平衡;NO2有颜色,反应达平衡时其浓度不再变化,体系的颜色不再变化,故D能说明反应达平衡。 2.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达平衡状态的是 ( B ) A.混合气体的压强 B.混合气体的平均相对分子质量 C.A的物质的量浓度 D.气体的总物质的量 解析:因反应前后气体分子数不变,故无论反应是否平衡,混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变;A为固态,其物质的量浓度为常数;若反应正向移动,混合气体的质量增加,则混合气体的平均相对分
子质量变大,反之变小,故混合气体的平均相对分子质量不变时表明反应达到平衡状态。 (g) ΔH =+746.8 kJ/mol, 3. 利用反应:2NO(g)+2CO(g)2CO 可净化汽车尾气,如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率,采取的措施是 ( B ) A.降低温度 B.增大压强同时加催化剂 C.升高温度同时充入N2 D.及时将CO2和N2从反应体系中移走 解析:降低温度,反应速率减慢,且平衡左移,NO转化率降低,A错;由平衡移动原理知,增大压强平衡右移,NO转化率增大,反应速率加快,加催化剂反应速率也加快,B选项正确;升高温度平衡右移,但是同时充入N2平衡左移,无法确定最终平衡向哪个方向移动;及时将CO2和N2从反应体系中移走,平衡右移,NO的转化率增大,但是反应的速率 减小。 4.在一密闭容器中发生如下反应aX(g)+bY(g)cZ(g) ΔH>0,下列 说法中正确的是( B ) A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向 移动 B.若通入稀有气体使容器体积增大,平衡不移动,则a+b=c C.若容器中气体的密度不再改变,则反应一定达到平衡
化学反应的方向和限度
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化学反应的方向和限度编号 22 【学习目标】 １、理解化学平衡常数的含义，并掌握判断化学平衡状态的标志。 2、小组积极讨论,合作探究有关化学平衡常数进行简单计算以及影响平衡的因素。 3、以极度的热情投入课堂，全力以赴,体验学习的快乐 【使用说明】利用一节课,认真阅读课本完成学案,下课收齐。下节课修改１0 分钟后结合错题统计讨论1０分钟,师生探究、学生展示20分钟,巩固落实５分钟。标有★★的Ｂ层可不做， 标有★或★★的C层可不做。 【课前导学】 一、化学平衡状态 【练习1】（1)下列方法可以证明2ＨI(g)H2（g)+Ｉ2(g)已达平衡状态的是__＿_＿____＿_＿__ ①单位时间内生成n ｍｏl H2的同时生成n molHI； ②一个H—H键断裂的同时有两个Ｈ—I键断裂； ③百分组成ｗ（HI)=w(Ｉ２)时； ④反应速率v(H2)=ｖ（I2)=1/2v（HＩ）; ⑤c(HI)︰c(H2)︰c(Ｉ2）=2︰１︰１; ⑥温度和体积一定时,容器内压强不再变化; ⑦温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化； ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化; ⑨温度和体积一定时，混合气体的密度不再变化； ⑩温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化 （2)在上述⑥—⑩的说法中能说明2ＮO2(g)Ｎ2O4(ｇ)达到平衡状态的是＿___＿_＿____＿__＿ (3)在上述⑥—⑨的说法中能说明C(s）+ H2O(g)H2（ｇ) +CO(ｇ)达到平衡状态的是_____ 二、化学平衡常数 1、化学平衡常数及其应用 (1)对于反应 aＡ(g）+bB(g)cC（g)+dD（ｇ) △H<０平衡常数K=＿＿________＿_＿_＿＿__＿_
化学反应进行的方向和限度 （能源学院，热能工程1202xxx班，学号：1120200xxx） 摘要：自然界发生的宏观过程（指不靠外力自然发生的过程——自发过程）都有明确的方向和进度，如水从高处往低处流，热从高温体传向低温体等。对于化学反应也是如此，总有这样的趋势：反应系统趋向于最低能量状态，或系统趋向于最大混乱度。那么热量的改变程度焓变或混乱度的改变熵变能单一的确定化学反应进行的方向和限度吗？这里需要将两者有机联系起来，用一个新的概念吉布斯函数变来表示反应的方向和限度。 关键词：自发反应，焓变，熵变，吉布斯函数变。 一，引言 化学——人类进步的关键（西博格） 二，自发反应 在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的过程或反应，称为自发反应。如铁器在潮湿空气中生锈；铁从硫酸铜溶液中置换出铜；常温常压下氢氧混合气在高分散的钯的表面生成水；水由高处流向低处的过程；墨水在水中的扩散等。为什么我们要研究自发反应，我觉得在一定程度上这会让我们从更深层次探讨反应的实质，在这里我们不光可以认知和判断一个反应是否自发反应，我们还可以从化学动力学的角度解析它。 三，焓变 焓是一个热力学系统中的能量参数。规定由字母H（单位：焦耳，J）表示，H 来自于英语Heat Capacity（热容）一词。焓是内能和体积的勒让德变换。它是SpN总合的热势能。 焓的定义式为：H=U+PV即一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和，但要注意这里压力与体积的乘积PV不是体积功。 系统的状态一定，则系统的U,P,V均确定，系统的H也就确定，故焓H是状态函数，其单位为J。因为一定状态下系统的热力学能不知道，所以状态下的焓也不知道。U是广度量，PV是广度量，由：H=U+PV可知焓是广度量。 对于常压下，焓的定义式子又可以写成：Q=ΔU+pΔV 所以常压下焓的变化量就是热量的变化。 这里要提及标准摩尔生成焓，在温度T（若为298.15K时则可不标出）下，由标准状态的最稳定的单质生成物质B(νB=+1)反应的标准摩尔焓变。即在标准状态下（反应物和产物都是处于100KPa，通常温度选定298.15K），由指定单质生成单位物质的量（1mol）的化合物的化学反应热（即恒压反应热），称为该物质的标准摩尔生成焓或标准生成热。标准摩尔生成焓的单位：kJ/mol。 焓变不能做化学反应方向的焓变判据，事实证明有的反应放热但是在常温下还是 不自发反应的，如以下例子： 这个反应为什么不会自发反应，来考虑下，单从焓变的角度来看，焓变是热势 能，这个反应需要足够的化学推动能来推动其自发反应，但是热势能不够，好比
化学反应速率与化学平衡 第二单元化学反应的方向和限度 第一课时化学反应的方向判断化学反应方向的依据 【引入】： 自然界中有许多现象是可以自发进行的，请结合自己的生活经验举例说明. 自然界中水总是从高处往低处流 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 室温下冰块自动融化 墨水扩散 食盐溶解于水 火柴棒散落 化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的. 一、化学反应的方向. 1.自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程. 2.自发反应：在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应. 【过渡】： 如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？ 二、判断化学反应方向的依据. 【交流与讨论】： 酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？ △H < O即放热反应 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < O有利于反应自发进行.
1.焓判据(能量判据). 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 （这时体系会对外做功或者释放热量～△H ﹤0） 【设问】： 自发反应一定要△H < O ？ NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △H= ＋37.30kJ/mol 【结论】： △H < O有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < O. 焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素. 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵. 2.熵判据. (1).熵：体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度. 符号：S 单位：J?mol-1?K-1 . 体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小. (2).熵变：反应前后体系熵的变化. 同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s） 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. 【设问】： 火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发？
《第二章第三节化学反应的速率和限度》 1．化学反应速率的含义：通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加（均取正值）来表示。 浓度的变化——△C 时间的变化——△t 表达式：v=△C/△t 单位：mol/(L?s)或mol/(L?min) 例1、下列关于化学反应速率的说法中，正确的是（） A．化学反应速率是化学反应进行快慢程度的物理量 B．化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示 C．在反应过程中，反应物浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应的速率为负值 D．化学反应速率越大，则单位时间内生成物的产量就越大 例2、在2L密闭容器中，某气体反应物在2s内由8mol变为，用此反应物表示该反应的平均反应速率为（） A. mol（L·s）－1 B. mol（L·s）－1 C. mol（L·s）－1 D. mol（L·s）－1 注意：(1)在同一反应中用不同物质来表示时，其反应速率的数值可以不同，但都表同一反应的速率。(必须标明用哪种物质来做标准) （2）起始浓度与化学计量数比无关，但是变化浓度一定与化学计量数成比例。 （3）同一反应各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。 例如： 2A(g)+3B (g)C(g)+4D(g) ν(A):ν(B):ν(C):ν(D) = 2：3：1：4 (3)化学反应速率均用正值来表示，且表示的是平均速率而不是瞬时速率 (4)一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率 (5)改变压强对无气体参与的反应的化学反应速率无影响。
例4．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是( ) A．v(CO)＝mol·L－1·min－1 B．v(NO2)＝mol·L－1·min－1 C．v(N2)＝mol·L－1·min－1 D．v(CO2)＝mol·L－1·min－1 例5．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是 ( ) A．v(A)＝mol·L－1·min－1 B．v(B)＝mol·L－1·s－1 C．v(D)＝mol·L－1·min－1 D．v(C)＝mol·L－1·s－1 【总结】对于同一反应，比较用不同反应物或生成物表示的反应速率大小时，要换算成同一物质表示的速率，才能比较。 3．影响化学反应速率的因素 内因：由参加反应的物质的性质决定。 影响反应速率的因素有 外因：浓度、温度、压强、催化剂、其它因素。 （1）浓度：其它条件不变时，增大反应物浓度，可以增大反应速率。 注意：“浓度”是指“溶液中溶质的浓度”或“气体的浓度”；固体和纯液体的浓度可看成是一常数。对固体，反应速率与其表面积大小有关，固体的颗粒度越小（表面积越大，则反应速率越快。 （2）温度：其它条件不变时，升高温度可以增大反应速率；降低温度可以减小反应速率。 （3）压强：对于有气体参加的反应，其它条件不变时，增大压强可以增大反应速率； 减小压强，可以减小化学反应速率。 解释：在温度、气体的物质的量不变时，增大压强，必缩小容器——引起气体的浓度增大，所以，反应速率加快。 （4）催化剂：选择适当的催化剂可以成千上万倍的加快反应速率。 “催化剂”：能改变反应速率，而在反应前后本身的组成和化学性质不发生变化。（5）其他：如：固体的表面积（颗粒度）、激光、射线、超声波、紫外线、溶剂
， 决定因素：化学反应本身和温度 平衡转化率 表达式：α(A)= △v g ≠0：增大压强，化学平衡向气态物质系数减小的方向移动； 减小压强，化学平衡向气态物质系数增大的方向移动。 化学反应的方向、限度与速率 ——单元复习（讲义） 一、知识点睛 表达式：对可逆反应 a A(g)+ b B(g) c C(g)+ d D(g) 应用：①判断反应进行的限度②判断反应状态③判断反应的热效应 原因：v 正≠v 逆 方向：v 正>v 逆，平衡正向移动；v 正
《化学反应原理》专题2 第二单元化学反应的方向和限度（1） 化学反应的方向和判断依据 2008年10月21日 K二（3）第三节 [教学目标] 1、知识与技能：（1）理解熵的概念 （2）能初步利用焓变和熵变说明化学反应进行的方向 2、过程与方法：通过联系生活以及自然界的普遍变化规律引导学生理解判断自发反应进行的 两个因素。 3、情感态度与价值观：通过从现象分析到理论探究，培养学生科学的研究方法。 [教学重点]自发反应与反应方向的判断。 [教学难点] 熵变与焓变的理解。 [教学过程] 创设问题情景：同学们是否想过，在一定条件下，为什么有些物质间会发生化学反应，有些 则不会？如盐酸和氢氧化钠溶液混合，立即反应生成氯化钠和水，但氯化钠溶液就不可能自 发地转变成盐酸和氢氧化钠。要回答这个问题需讨论化学反应的方向。 引入主题：化学反应的方向 展示图片高山流水 思考与交流： ⑴高山流水是一个自动进行的自然过程。高处水一定会流到低处吗？ ⑵低处水可以流至高处么？可采取什么措施？ ⑶在“低水高流”的过程中一旦外界停止做功，该过程还能继续进行下去吗？ 板书：一、化学反应的方向 自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程 讨论请尽可能多地列举你熟知的自发过程。 板书：自发过程的特征：都有方向性，且不能自动恢复原状，若要恢复必须借助外力。 叙述：与自然界中的许多变化一样，化学反应也具有方向性。 板书：自发反应：这种在一定条件下不需外界帮助，就能自动进行的反应，称为自发反应。 如：酸碱中和；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧； 锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等，这些反应都是自发的，其逆过程就
鹰城一中高三年级 化学 导学案 授课日期 批阅日期 一、知识梳理：完成金太阳基础在线 二、重难点学习： 考点一 化学反应进行的方向 1．自发过程特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 3．判断化学反应方向的依据 (1)焓变与反应方向 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。反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 (2)熵变与反应方向 ①除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。 ②熵变：化学反应的ΔS 越大，越有利于反应自发进行。 (3)综合判断反应方向的依据 ①ΔH －T ΔS <0，反应能自发进行。 ②ΔH －T ΔS ＝0，反应达到平衡状态。 ③ΔH －T ΔS >0，反应不能自发进行。 深度思考 1．能自发进行的反应一定能实际发生吗 答 案 。 2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行 ( ) (2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响 ( ) 题组一 焓变与自发反应 1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( ) A ．所有的放热反应都是自发进行的 B ．所有的自发反应都是放热的 C ．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D ．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 题组二 熵变与自发反应 2．下列过程属于熵增加的是 ( ) A ．一定条件下，水由气态变成液态 B ．高温高压条件下使石墨转变成金刚石 课题 化学反应的方向和限度 课型 实践课 教学目标 1.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变之间的关系。 2.能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。 3.了解可逆反应的定义。 4.理解化学平衡的定义。 5.理解化学平衡常数的定义。 导学过程
第2节化学反应的方向和限度 ★考纲要求 1．了解化学反应的方向与化学反应的焓变和熵变之间的关系。 2．掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据。 3．能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。 4．了解可逆反应的定义。 5．理解化学平衡的定义。 6．理解影响化学平衡的因素。 7．理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。 ★高考动向 本节重要知识有化学反应进行的方向、化学平衡的概念、特征、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的概念及计算。化学平衡常数的计算是近几年高考新增的热点，化学平衡的判断及计算一直是高考的热点，预测2014年的高考，结合化工生产，综合考查化学平衡的判断及化学平衡常数的计算会有所体现。 ★基础知识梳理 一、化学反应进行的方向 1．自发过程 (1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或放出热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2．化学反应方向的判据 (1)焓判据 放热过程中体系能量降低，ΔH < 0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。 (2)熵判据 ①熵：衡量体系混乱_程度的物理量，符号为S。
②熵的大小：同种物质，三种状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)>S(l)>S(s) 。 ③熵判据 体系的混乱度增大，ΔS > 0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。 (3)复合判据——自由能变化 ①符号：ΔG，单位：kJ/mol ②公式：ΔG＝ΔH－TΔS ③应用 恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据，不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，可推出下列关系式： a．当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG < 0，反应一定自发进行。 b．当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG > 0，反应不可自发进行。 c．当ΔH>0，ΔS>0或，ΔH<0，ΔS<0时，反应是否自发与温度有关。 【注意】能自发进行的反应不一定能实际发生，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应是否实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。 二、可逆反应 1．定义 相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。2．特点 反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率小于100%。 3．表示 用可逆符号表示。 4．化学平衡状态 (1)概念 一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量保持不变的状态。 (2)平衡特点
知识点1·化学反应的方向和限度 一、 化学反应的方向 （一）相关概念 （1）自发过程：在一定温度和压强下，不需借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。 （2） 自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应，称为自发反应。 注：自发自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应。但自发反应一定是自发过程。 （3） 自发反应与非自发反应 注：a. 自发反应与非自发反应是可以相互转化的，某一条件下的自发反应在另一条件下可能是非自发反应。如常温下，2NO + O 2 == 2NO 2是自发反应；高温下，其逆反应是自发反应。 b. 大部分自发反应在常温常压下即可自发进行且进行完全，如酸碱中和反应等。但在一定条件下才能进行的反应也可能是自发反应，如氢气的燃烧需要点燃，但属于自发反应，所以自发反应与反应条件无必然联系。 例1-1： 过程的自发性的作用是（ A ） A. 判断过程的方向 B. 确定过程是否一定发生 C. 判断过程发生的速率 D. 判断过程的热效应 例1-2： 下列过程是非自发的是（ D ） A. 水由高处向低处流 B. 天然气的燃烧 C. 铁在潮湿的空气中生锈 D. 室温下水结成冰 （二）化学反应方向的判据 1. 反应焓变与反应方向 2. 反应熵变与反应方向 （1）熵 ① 熵：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称为熵。符号：S ，单位：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。 ② 实质：熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，是物质的一个状态函 数。熵值越大，体系的混乱度越大。 ③ 影响熵（S ）大小的因素 a. 同一条件下，不同的物质熵值不同。 b. 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一物质而言：S(g) ＞ S(l) ＞ S(s)。 c. 与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 （2）熵变 ① 熵变：反应前后体系熵的变化称为熵变，符号为：△S ，单位为：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。 反应熵变（△S ）=生成物总熵（S 产物） – 反应物总熵（S 反应物） ② 熵变大小规律 对于有气体参与的化学反应（气体参与反应时，气体既可以是反应物也可以是产物），气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。 例1-3：下列变化过程，△S ＜0的是（ B ） A. 氯化钠溶于水中 B. NH 3(g)与HCl(g)反应生成NH 4Cl(s) C. 干冰（CO 2）的升华 D. CaCO 3(s)分解为CaO(s)和CO 2(g) （3）熵判据 ① 熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程的体系倾向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。 在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。即体系有自发地向混乱度增加（即熵增）的方向转变的倾向。 ② 自发反应与熵变的关系 a. 产生气体的反应或气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。例如： 2H 2O 2(aq) === 2H 2O(l) + O 2(g) △S = +57.16 J ·mol -1·K -1 NH 4HCO 3(S) + CH 3COOH(aq) === CH 3COONH 4(aq) + CO 2(g) + H 2O(l) △S = +184.0 J ·mol -1·K -1 b. 有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高的温度下可以自发进行。例如： CaCO 3(S) === CaO(s) + CO 2(g) △S = +169.6 J ·mol -1·K -1 C(石墨，s) + H 2O(g) === CO(g) + H 2(g) △S = +133.8 J ·mol -1·K -1 c. 铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。 2Al(s) + Fe 2O 3 (s) === Al 2O 3(s) + 2Fe(s) △S = -39.4 J ·mol -1·K -1 ③ 结论：反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。因此，只根据熵变来判断反应进行的方向是不全面的。 注：焓变和熵变都与反应的自发性有关，但又都不能独立用来判断反应的自发性，只有综合考虑体系的焓变和熵变，才能正确判断反应进行的方向。 例1-4：有关化学反应方向的判断，下列说法中正确的是（ C ） A. 放热反应均是自发进行的 B. 吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行 C. 放热且熵增加的反应一定是自发反应 D. △S 为正值的反应均是自发反应 例1-5:25 ℃和1.01×105 Pa 时，反应2N 2O 5(g) === 4NO 2(g) + O 2(g) △H= +56.7 kJ/mol 能自发进行，其原因是（ D ） A. 该反应是吸热反应 B. 该反应是放热反应 C. 该反应时熵减小的反应 D. 该反应的熵增效应大于能量效应 3. 复合判据 过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适用于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。 在恒温恒压条件下，化学反应的方向是由化学反应的焓变和熵变共同决定的，反应方向的判据为： △H - T △S ＜0，反应能自发进行； △H - T △S ＞0，反应不能自发进行； △H - T △S = 0，反应达到平衡状态。
鹰城一中高三年级化学导学案 二、重难点学习： 考点一化学反应进行的方向 1．自发过程特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 3．判断化学反应方向的依据 (1)焓变与反应方向 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。反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 (2)熵变与反应方向 ①除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应 有趋向于体系混乱度增大的倾向。 ②熵变：化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 (3)综合判断反应方向的依据 ①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 ②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。 ③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 ..
深度思考1．能自发进行的反应一定能实际发生吗？ 答案。2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性， 但在一定条件下也可自发进行() (2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响() 题组一焓变与自发反应 1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是() A．所有的放热反应都是自发进行的 ..
B．所有的自发反应都是放热的 C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 题组二熵变与自发反应 2．下列过程属于熵增加的是() A．一定条件下，水由气态变成液态B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石 C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g) D．固态碘升华 3．下列反应中，熵显著增加的反应是() A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ C．C(s)＋O2(g)===CO2(g) D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) 题组三复合判据的应用 4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝74.9 kJ·mol－1。下列说法中正确的是() A．该反应中熵变小于0，焓变大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行 D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑 5．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？ 已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为 ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。 考点二可逆反应与化学平衡状态 1．可逆反应特点 ①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。 ②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。2．化学平衡状态特点：动、等、定、变 ..