湖北省罗田县第一中学2022届高三人教版一轮复习化学讲义：第7章 微专题19　化学反应速率、平衡原理在物质制备中的调控作用

19　化学反应速率、平衡原理在物质制备中的调控作用 1．化学反应方向的判定 (1)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。 (2)熵和熵变的含义 ①熵的含义 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。 ②熵变的含义 熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 (3)判断化学反应方向的判据 ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应达到平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 2．控制反应条件的目的 (1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。 (2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 3．控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 如： 以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件 ①反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 ② ③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件 ④综合考虑——选择适宜的生产条件 a．温度：400～500 ℃ b．压强：10～30 MPa c．投料比：＝ d．以铁触媒作催化剂 e．采用循环操作提高原料利用率 1．二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO2和NH3为原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下： 反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1＝－159.47 kJ·mol－1 反应Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1 请回答下列问题： (1)写出CO2和NH3为原料生成尿素和气态水的热化学方程式：_______________________，反应Ⅱ自发进行的条件是______________________________________________________。 (2)CO2和NH3为原料合成尿素的反应中影响CO2转化率的因素很多，图1为某特定条件下，不同水碳比和温度影响CO2转化率变化的趋势曲线。 下列说法不正确的是________(填字母)。 A．温度升高该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动 B．当温度低于190 ℃，随温度升高CO2转化率逐渐增大，其原因可能是温度升高平衡向正方向移动 C．当温度高于190 ℃后，随温度升高CO2转化率逐渐减小，其原因可能是温度升高发生了副反应 D．其他条件相同时，为提高CO2的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳比 (3)某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO2)的因素，在恒温下将0.4 mol NH3和0.2 mol CO2放入容积为2 L的密闭容器中，t1时达到平衡，其c(CO2)随时间t变化趋势曲线如下图2所示。则其逆反应的平衡常数为________________。 答案　(1)2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH＝－86.98 kJ·mol－1　高温　(2)ABD　(3)6.25×10－5 解析　(1)反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1＝－159.47 kJ·mol－1，反应Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1 ，由盖斯定律：反应Ⅰ＋反应Ⅱ，得到2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－86.98 kJ·mol－1；反应Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1的　ΔH＞0，ΔS＞0，要使得ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0，则T需要较大，即该反应为高温自发。 (2)合成尿素的反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数逐渐减小，尿素为固体，移走部分尿素平衡不移动，故A错误；温度越高，发生副反应的可能性越高，会导致二氧化碳转化率减小，故C正确；根据图像，水碳比越高，二氧化碳的转化率越低，故D错误。 (3)在恒温下将0.4 mol NH3和0.2 mol