逍遥学能 2013-06-12 22:59
§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。
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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