第二单元 化学反应的方向、限度和速率【知识清单】-2024-2025学年高二化学上册单元速记·巧练（沪科版2024）

第二单元   化学反应的方向、限度和速度

课题1   化学反应的方向

一、化学反应的方向

1.自发反应

在一定的温度和压强下，一个反应经反应条件引发后，不需要外界帮助，能够自己进行的反应称为自发反应。

2.化学反应的方向与焓变

焓判据——自发反应与焓变的关系

多数能自发进行的化学反应是放热反应，即焓变小于零，但有很多吸热反应也能自发进行。因此，只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。反应焓变是与反应进行方向

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。

3、熵和熵变

熵

（1）定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量。

（2）符号和单位：S，常用单位：J/(mol·K)

（3）影响熵大小的因素：混乱度越大→体系越无序→熵值越大

①与物质的量的关系：物质的量越大→粒子数越多→熵值越大

②对于同一物质，当物质的量相同时，S(g)>S(l)>S(s)

③不同物质熵值的关系：I、物质组成越复杂→熵值越大

                      II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大

熵变

（1）定义：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为ΔS

（2）计算公式：ΔS=生成物总熵-反应物总熵

4.化学反应的方向和熵变

熵判据——自发反应与熵变的关系

多数能自发进行的化学反应是熵增的反应。熵变是与反应进行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。因此，只根据熵变来判断反应进行的方向是不全面的。

二、焓变和熵变对反应方向的共同影响

1.反应判据

（1）焓判据

放热过程中体系能量降低，△H＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应的方向不全面。

（2）熵判据

①熵：量度体系混乱（或有序）的程度的物理量，符号S（同一物质，三种状态下熵值：气态＞液态＞固态）

②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。即熵变（△S）大于零。

③熵判据

体系的混乱度增大（既熵增），△S＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减反应也可以自发进行，故只用熵变判断反应的方向也不全面。

（3）复合判据：ΔH-TΔS与化学反应的方向：在等温、等压条件下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），ΔH-TΔS（单位为kJ/mol）的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响。这时，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即：

ΔH-TΔS<0，反应能自发进行；

ΔH-TΔS=0，反应处于平衡状态；

ΔH-TΔS>0，反应不能自发进行。

（二）综合焓变和熵变判断反应是否自发的情况：

焓变	熵变	化学反应能否自发进行
ΔH<0	ΔS>0	任何温度都能自发进行
ΔH>0	ΔS<0	不能自发进行
ΔH<0	ΔS<0	较低温度时自发进行
ΔH>0	ΔS>0	高温时自发进行

小结：“大大高温，小小低温”

（三）应用判据时的注意事项

（1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。

（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

（3）只适用于没有发生的反应

注：一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的

2.简单应用

焓变（△H）	熵变 （△S）	反应的自发性
＜0	＞0	任何温度都能自发进行
＜0	＜0	较低温度下能自发进行
＞0	＞0	高温下能自发进行
＞0	＜0	任何温度都不能自发进行

注：过程的自发性只能用于判断反应进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。

 

2.合成氨适宜条件的选择

压强：20MPa~50MPa(中压) (有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中)

温度：500℃左右(速率较快,转化率适中催化剂活性最大)

催化剂：铁触媒

浓度：C(N2)：C(H2)=1：2.8（将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充）

（4）合成氨工业流程：

 合成氨的生产流程

（一）生产流程

（二）流程分析

1、原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性

2、压缩机加压：增大压强

3、热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。

4、冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 

5、循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2,使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益