考点08 化学反应的方向与调控-2023-2024学年高二化学核心考点归纳与分层测试（人教版2019选择性必修1）

考点08 化学反应的方向与调控 【核心考点梳理】 一、自发过程与自发反应的比较 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 二、化学反应的方向与焓变的关系 1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 (1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。 (2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。 (3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。 (4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。 2．自发反应与焓变的关系 大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。 三、化学反应的方向与熵变的关系 1．熵的含义 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。 2．影响熵大小的因素 (1)同一条件下，不同的物质熵值不同。 (2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。 (3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。 (2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 (3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 — (2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。 4．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。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。 四、化学反应的调控 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)可逆性：反应为可逆反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 高压 温度 高温 低温 兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性 催化剂 使用 无影响 使用 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 3．工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10 MPa～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂 浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 (1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。 (2)温度：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理由是 ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500 ℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 工业生产中，必须从反应限度和反应速率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。 【核心归纳】 1．复合判据 (1)判据 (2)温度对反应方向的影响 2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况