§3.2 化學平衡
( 7工業化學 )
【歸納與整理】
一、工業化學------合成氨的工業
1．原料氣的準備
思考 怎樣以空氣、水和煤為原料，制備硝酸銨。寫出有關化學反應方程式。
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2．合成氨工業條的選擇
請根據反應特點：N2 + 3H2 2NH3 (△H<0)，說明合成氨工業選擇合適條的依據。
改變條化學反應速率化學平衡生產措施
濃度
壓強
溫度
催化劑
總結合成氨的條：______________________________________。
3．合成氨反應達平衡時平衡混合物中NH3所占的體積分數[ n(N2) : n(H2) = 1 : 3 ]
壓強(Pa)
溫度(℃)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
*根據上表中的有關數據，計算在500℃、20Pa條下合成氨反應達到平衡時，N2的轉化率為_________；列出由NH3的體積分數（a %）計算N2的轉化率的一般表達式_________。
二、化學反應進行的方向
1．自發過程
（1）含義：在一定條下不借助外部力量就能自動進行的過程。
（2）特點： ① 體系趨向于從 狀態轉變為 狀態。
② 在密閉條下，體系趨向于從 狀態轉變為 狀態。
2．化學反應方向的判據
（1）焓判據
① 用 判斷反應進行的方向。
② 焓減原理：自發反應的∆H 0，絕大多數放熱反應都能自發進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全。
（2）熵判據
① 用 判斷反應進行的方向。自發反應的∆S 0
② 熵：描述體系 的物理量，用符號S表示
③ 熵增原理：在與外界隔離的體系中，自發過程將導致體系的熵增大。大多數熵增加反應都能自發進行，且反應的熵增加越多，體系混亂度增加越多，反應越完全。產生氣體的反應、氣體物質的物質的量增大的反應，熵變通常都是正值（ △S ＞0），為熵增加反應。
④ 熵的大�。涸谕粭l下，不同物質的熵不同；同一物質的熵與其聚集狀態及外界條有關，同一種物質，三種狀態下，熵值的大小順序為：氣態 液態 固態
（3）焓判斷和熵判斷的復合判據（自由能變化）:
△ G=△H—T △S
ΔH－TΔS＜0 反應
ΔH－TΔS = 0 反應
ΔH－TΔS＞0 反應
在溫度、壓強一定的條下，自發反應總是向ΔH－TΔS＜0 的方向進行，直至達到平衡狀態。
【例1】化學工業在國民經濟中占有極其重要的地位，江蘇省是國內最早的硫酸生產基地之一。
（1）硫酸生產中，根據化學平衡原理確定的條或措施有 （填寫序號）。
A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎 B．使用V2O5作催化劑
C．接觸室中不使用很高的溫度 D．凈化后爐氣中要有過量的空氣
E．接觸氧化在常溫下進行 F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3
（2）在537℃時，往容積可變的密閉容器中充入2molSO2（g）、1molO2（g），此時容器的體積為200L，壓強為1.01×105Pa。向容器中加入固體催化劑，并保持恒溫恒壓，發生反應：
2SO2 + O2 2SO3，達到平衡時，平衡氣體中SO3的體積分數為0.91。試回答下列問題：
①從理論上看，壓強增大，平衡向正反應方向移動，SO2的轉化率增大。但工業上二氧化硫催化氧化采用常壓而不用高壓，主要的原因是 。
②保持上述溫度和壓強不變，若向容器中只充入2molSO3，并加入固體催化劑，則平衡時SO2的體積分數是 ，此時平衡混合氣體的體積是 。
③溫度仍保持537℃，容器的體積保持200L不變。充入amol SO2和bmolO2，并加入固體催化劑，反應達到平衡時，SO3的體積分數仍為0.91，體系壓強為1.01×105Pa。若a:b＝2:1，則a= 。
（3）硫酸工業的尾氣中含有少量的SO2，常加氨水吸收后再加硫酸回收SO2，同時得到化肥硫酸銨，硫酸銨溶液中各離子物質的量濃度由大到小的順序為 。
【基本練習】
化學反應進行的方向
1．下列過程是非自發的是
A．水由高處向低處流 B．天然氣的燃燒
C．鐵在潮濕空氣中生銹 D．室溫下水結成冰
2．自發進行的反應一定是
A．吸熱反應 B．放熱反應
C．熵增加反應 D．熵增加或者放熱反應
3．下列說法正確的是
A．凡是放熱反應都是自發的，由于吸熱反應都是非自發的
B．自發反應一定是熵增大，非自發反應一定是熵減少或不變
C．自發反應在恰當條下才能實現
D．自發反應在任何條下都能實現
4．250℃和1.01×105Pa時，反應2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） △H=＋56.76kJ/mol，自發進行的原因是
A．是吸熱反應 B．是放熱反應
C．是熵減少的反應 D．熵增大效應大于能量效應
5．以下自發反應可用能量判據解釋的是
A．硝酸銨自發地溶于水
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．下列反應中，熵減小的是
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)
工業化學
1．乙酸蒸氣能形成二聚分子：2CH3COOH(g) (CH3COOH)2(g) ，△H<0�，F欲測定乙酸的式量，應采取的措施是
A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．低溫低壓 D．高溫高壓
2．有平衡體系CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g），△H<0。為了增加甲醇的產量，工廠應采取的正確措施是
A．高溫、高壓 B．適宜溫度、高壓、催化劑
C．低溫、低壓 D．低溫、高壓、催化劑
3．將物質的量之比為1:3的N2和H2混合，在一定條下進行合成氨反應 N2 + 3H2 2NH3，
請說明采取下列措施，對化學平衡所產生的影響。
（1）使用催化劑_____________________；
（2）及時分離出NH3_______________________；
（3）等溫等容條下充入少量的稀有氣體___________________________；
（4）等溫等壓條下充入少量的稀有氣體___________________________。
參考答案
1【解析】D
2【解析】D
3【解析】C
4【解析】D
5【解析】B
6【解析】C
工業化學
1【解析】A
2【解析】B
3【解析】(1) 不影響 (2) 平衡正向移動 (3) 不移動 (4) 逆向移動
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