37.化学反应的方向和调控-2023-2024学年高二化学人教版2019选择性必修1

沐澹化学 化学反应的方向和调控 一、自发过程和自发反应 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为自发过程。 ②特点： ⅰ.自发过程只能单向自发进行，逆过程不能自发进行。 ⅱ.自发过程都可以对外界做功，即体系趋向于从高能状态转变为低能状态。 ⅲ.自发过程都有一定的限度，体系有从有序转变为无序的倾向性。 2.非自发过程 在一定条件下，需要外力作用而进行的过程 3.自发反应 ①含义： 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特别说明： ⅰ.外界帮助是指温度和压强外的条件，如：通电、光照等。 ⅱ.自发反应在恰当条件下才能实现。 4.生活中的自发过程和自发反应 ①自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流 ②生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行 ③在室温下，冰块会自动融化 ④铁器暴露在潮湿空气中会生锈 ⑤香水香气的扩散 ⑥蔗糖溶于水使整杯水变甜 ⑦甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧 ⑧生石灰投入水中放热，生成熟石灰 ⑨酒精的燃烧、铁粉与硫粉反应等 5.注意事项 ①自发过程和自发反应的应用 ⅰ.具有方向性，反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆方向的反应在该条件下肯定不自发。 ⅱ.一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。 ⅲ.用来完成有用功。 ②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。 二、化学反应的自发性判据 1.焓判据 ①概念： 自发过程的体系总是趋向于从高能量状态转变为低能量状态，表现为焓变，这一经验规律就是能量判据，即焓判据。 ②局限性： 有些吸热过程也会自发进行。 ⅰ.室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。 ⅱ.碳酸氢钠与盐酸反应： ⅲ.既不吸热也不放热的自发过程：两种理想气体的混合等。 ③结论： 有利于反应自发进行，但自发反应不一定要。因此，焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素。 2.熵判据 ①熵的含义： 系统内微观粒子可能达到的微观状态数的定量量度，常用来描述体系的混乱度，符号为，单位为。 ②物质熵大小的判断： ⅰ.同一物质，气态的熵总是远大于液态的熵，液态的熵大于固态的熵，即。 ⅱ.同类物质，摩尔质量越大，熵越大。如， ⅲ.物质的熵值随着温度的升高而增大，随压力增大而减小。 ③熵变的含义： 熵变是反应前后体系熵的变化，用表示，化学反应的越大，越有利于反应自发进行。 ④熵变的计算： ⅰ.对于有气体参加的反应，凡是气体分子数增加的反应，其反应熵变均为正值，即；凡是气体分子数减小的反应，其反应熵变均为负值，即；前后气体分子数不变的反应，其很小。 ⅱ.对无气体参加的反应，其反应总分子数增加，为正；其反应总分子数减小，为负。 ⑤熵判据： 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即。这个原理也叫做熵增原理。反应的越大，越有利于反应自发进行，用来判断化学反应方向时就称为熵判据。 ⑥结论： 有利于反应自发进行，自发反应不一定要。因此，熵变是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素很多情况下。 3.复合判据 ①吉布斯自由能： 恒温恒压下，将焓与熵合并为一个新的量，称为吉布斯自由能，用符号表示。 ②吉布斯自由能变： 恒温恒压下，反应前后物质的吉布斯自由能的变化，称为吉布斯自由能变，符号为，单位。 ③表达式： ④注意事项： 计算时一定要统一单位，将单位统一为，将单位转化为，将的单位转化为（）。 ⑤意义： ⑥对自发性的影响 类型 正反应的自发性 ① 永远是 任在何温度下均自发 ② 永远是 在任何温度下均非自发 ③ 低温时为 高温时为 低温时非自发 高温时自发 ④ 低温时为 高温时为 低温时自发 高温时非自发 ⑦技巧： 放热和熵增均有利于反应自发进行，低温有利于放热、高温有利于熵增。 三、合成氨的条件选择 1.反应原理 室温下（），、， 说明在热力学上该反应是可以自发进行的反应。 2.条件选择 ①催化剂的选择：铁触媒催化剂。 ②设备的选择：熟铁衬里和钢壁构成的双层反应塔。（耐高压、高温，耐氢腐蚀） ③反应温度的选择：，以生产效率为先。 温度过低，反应速率慢，生产效率低；温度过高，催化剂活性下降，副产物增多，单位时间内的产率下降。 ④反应压强的选择：，以能耗低和综合费用低优先。 高压有利于提高产率和速率，有利于实现氨分离流程的简化，但对设备材质、加工制造要求比较高。 ⑤合适的投料比： 计算分析，时，平衡后的体积分数最大，但是的被吸附能力强于，为了保证在催化剂表面上有足够的吸附率，要适当的提高的比例而降低投料中的比例。 2 / 2 学科网（北京）