§3.2 化學(xué)平衡
( 7工業(yè)化學(xué) )
【歸納與整理】
一、工業(yè)化學(xué)------合成氨的工業(yè)
1．原料氣的準備
思考 怎樣以空氣、水和煤為原料，制備硝酸銨。寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式。
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2．合成氨工業(yè)條的選擇
請根據(jù)反應(yīng)特點：N2 + 3H2 2NH3 (△H<0)，說明合成氨工業(yè)選擇合適條的依據(jù)。
改變條化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡生產(chǎn)措施
濃度
壓強
溫度
催化劑
總結(jié)合成氨的條：______________________________________。
3．合成氨反應(yīng)達平衡時平衡混合物中NH3所占的體積分數(shù)[ n(N2) : n(H2) = 1 : 3 ]
壓強(Pa)
溫度(℃)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
*根據(jù)上表中的有關(guān)數(shù)據(jù)，計算在500℃、20Pa條下合成氨反應(yīng)達到平衡時，N2的轉(zhuǎn)化率為_________；列出由NH3的體積分數(shù)（a %）計算N2的轉(zhuǎn)化率的一般表達式_________。
二、化學(xué)反應(yīng)進行的方向
1．自發(fā)過程
（1）含義：在一定條下不借助外部力量就能自動進行的過程。
（2）特點： ① 體系趨向于從 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?狀態(tài)。
② 在密閉條下，體系趨向于從 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?狀態(tài)。
2．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)
（1）焓判據(jù)
① 用 判斷反應(yīng)進行的方向。
② 焓減原理：自發(fā)反應(yīng)的∆H 0，絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進行，且反應(yīng)放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應(yīng)越完全。
（2）熵判據(jù)
① 用 判斷反應(yīng)進行的方向。自發(fā)反應(yīng)的∆S 0
② 熵：描述體系 的物理量，用符號S表示
③ 熵增原理：在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大。大多數(shù)熵增加反應(yīng)都能自發(fā)進行，且反應(yīng)的熵增加越多，體系混亂度增加越多，反應(yīng)越完全。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值（ △S ＞0），為熵增加反應(yīng)。
④ 熵的大小：在同一條下，不同物質(zhì)的熵不同；同一物質(zhì)的熵與其聚集狀態(tài)及外界條有關(guān)，同一種物質(zhì)，三種狀態(tài)下，熵值的大小順序為：氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài)
（3）焓判斷和熵判斷的復(fù)合判據(jù)（自由能變化）:
△ G=△H—T △S
ΔH－TΔS＜0 反應(yīng)
ΔH－TΔS = 0 反應(yīng)
ΔH－TΔS＞0 反應(yīng)
在溫度、壓強一定的條下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS＜0 的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。
【例1】化學(xué)工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位，江蘇省是國內(nèi)最早的硫酸生產(chǎn)基地之一。
（1）硫酸生產(chǎn)中，根據(jù)化學(xué)平衡原理確定的條或措施有 （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1.01×105Pa。向容器中加入固體催化劑，并保持恒溫恒壓，發(fā)生反應(yīng)：
2SO2 + O2 2SO3，達到平衡時，平衡氣體中SO3的體積分數(shù)為0.91。試回答下列問題：
①從理論上看，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，SO2的轉(zhuǎn)化率增大。但工業(yè)上二氧化硫催化氧化采用常壓而不用高壓，主要的原因是 。
②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(shù)是 ，此時平衡混合氣體的體積是 。
③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(yīng)達到平衡時，SO3的體積分數(shù)仍為0.91，體系壓強為1.01×105Pa。若a:b＝2:1，則a= 。
（3）硫酸工業(yè)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(zhì)的量濃度由大到小的順序為 。
【基本練習】
化學(xué)反應(yīng)進行的方向
1．下列過程是非自發(fā)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(jié)成冰
2．自發(fā)進行的反應(yīng)一定是
A．吸熱反應(yīng) B．放熱反應(yīng)
C．熵增加反應(yīng) D．熵增加或者放熱反應(yīng)
3．下列說法正確的是
A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的
B．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變
C．自發(fā)反應(yīng)在恰當條下才能實現(xiàn)
D．自發(fā)反應(yīng)在任何條下都能實現(xiàn)
4．250℃和1.01×105Pa時，反應(yīng)2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） △H=＋56.76kJ/mol，自發(fā)進行的原因是
A．是吸熱反應(yīng) B．是放熱反應(yīng)
C．是熵減少的反應(yīng) D．熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)
5．以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)解釋的是
A．硝酸銨自發(fā)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．下列反應(yīng)中，熵減小的是
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)
工業(yè)化學(xué)
1．乙酸蒸氣能形成二聚分子：2CH3COOH(g) (CH3COOH)2(g) ，△H<0�，F(xiàn)欲測定乙酸的式量，應(yīng)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
2．有平衡體系CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g），△H<0。為了增加甲醇的產(chǎn)量，工廠應(yīng)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
3．將物質(zhì)的量之比為1:3的N2和H2混合，在一定條下進行合成氨反應(yīng) N2 + 3H2 2NH3，
請說明采取下列措施，對化學(xué)平衡所產(chǎn)生的影響。
（1）使用催化劑_____________________；
（2）及時分離出NH3_______________________；
（3）等溫等容條下充入少量的稀有氣體___________________________；
（4）等溫等壓條下充入少量的稀有氣體___________________________。
參考答案
1【解析】D
2【解析】D
3【解析】C
4【解析】D
5【解析】B
6【解析】C
工業(yè)化學(xué)
1【解析】A
2【解析】B
3【解析】(1) 不影響 (2) 平衡正向移動 (3) 不移動 (4) 逆向移動
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