微專題19

化學(xué)反應(yīng)速率、平衡原理在物質(zhì)制備中的調(diào)控作用1.化學(xué)反應(yīng)方向的判定(1)自發(fā)反應(yīng)在一定條件下_____________就能自發(fā)進行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。(2)熵和熵變的含義①熵的含義熵是衡量一個體系_______的物理量。用符號___表示。同一條件下，不同物質(zhì)有不同的熵值，同一物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值也不同，一般規(guī)律是S(g)___S(l)___S(s)。無需外界幫助混亂度S>>②熵變的含義熵變是反應(yīng)前后體系

，用

表示，化學(xué)反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)

。(3)判斷化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0時，反應(yīng)

自發(fā)進行；ΔG＝0時，反應(yīng)達到

狀態(tài)；ΔG>0時，反應(yīng)

自發(fā)進行。熵的變化ΔS自發(fā)進行能平衡不能2.控制反應(yīng)條件的目的(1)促進有利的化學(xué)反應(yīng)：通過控制反應(yīng)條件，可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，從而促進有利的化學(xué)反應(yīng)進行。(2)抑制有害的化學(xué)反應(yīng)：通過控制反應(yīng)條件，也可以減緩化學(xué)反應(yīng)速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生或控制副反應(yīng)的發(fā)生，從而抑制有害的化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行。3.控制反應(yīng)條件的基本措施(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施通過改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施通過改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。如：以工業(yè)合成氨為例，理解運用化學(xué)反應(yīng)原理選擇化工生產(chǎn)中的適宜條件①反應(yīng)原理：N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1。②③從反應(yīng)快慢和反應(yīng)限度兩個角度選擇反應(yīng)條件放熱減少升高增大催化劑增大降低④綜合考慮——選擇適宜的生產(chǎn)條件a.溫度：400～500℃b.壓強：10～30MPad.以鐵觸媒作催化劑e.采用循環(huán)操作提高原料利用率專題精練1.二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO2和NH3為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應(yīng)可表示如下：反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)

ΔH1＝－159.47kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol－1請回答下列問題：(1)寫出CO2和NH3為原料生成尿素和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：____________________________________________________________，反應(yīng)Ⅱ自發(fā)進行的條件是______。2NH3(g)＋CO2(g)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH＝－86.98kJ·mol－1高溫123解析反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)

ΔH1＝－159.47kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol－1，由蓋斯定律：反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ，得到2NH3(g)＋CO2(g)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH3＝－86.98kJ·mol－1；反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol－1的

ΔH＞0，ΔS＞0，要使得ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0，則T需要較大，即該反應(yīng)為高溫自發(fā)。123解析反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)

ΔH1＝－159.47kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol－1，由蓋斯定律：反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ，得到2NH3(g)＋CO2(g)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH3＝－86.98kJ·mol－1；反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol－1的

ΔH＞0，ΔS＞0，要使得ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0，則T需要較大，即該反應(yīng)為高溫自發(fā)。123(2)CO2和NH3為原料合成尿素的反應(yīng)中影響CO2轉(zhuǎn)化率的因素很多，圖1為某特定條件下，不同水碳比

和溫度影響CO2轉(zhuǎn)化率變化的趨勢曲線。下列說法不正確的是________(填字母)。A.溫度升高該反應(yīng)平衡常數(shù)逐漸減小，移走

部分尿素平衡向正方向移動B.當(dāng)溫度低于190℃，隨溫度升高CO2轉(zhuǎn)化率

逐漸增大，其原因可能是溫度升高平衡向

正方向移動C.當(dāng)溫度高于190℃后，隨溫度升高CO2轉(zhuǎn)化率逐漸減小，其原因可能是溫度

升高發(fā)生了副反應(yīng)D.其他條件相同時，為提高CO2的轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是提高水碳比ABD123123解析合成尿素的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數(shù)逐漸減小，尿素為固體，移走部分尿素平衡不移動，故A錯誤；溫度越高，發(fā)生副反應(yīng)的可能性越高，會導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故C正確；根據(jù)圖像，水碳比越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，故D錯誤。123(3)某研究小組為探究反應(yīng)Ⅰ中影響c(CO2)的因素，在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，t1時達到平衡，其c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線如圖2所示。則其逆反應(yīng)的平衡常數(shù)為___________。6.25×10－5123解析在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，達到平衡時，

2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)起始量/(mol·L－1)

0.20.1

0變化量/(mol·L－1)

0.150.075平衡量/(mol·L－1)

0.050.0251232.氫能是一種公認的高熱值清潔能源，目前世界各國正致力于將高污染高排放的碳能源過渡成清潔高效低排放的氫能源。(1)我國氫氣的主要來源是焦爐氣制氫，所制得的氫氣含有較多的CO和H2S，中溫干法脫硫是用氧化鐵將硫元素轉(zhuǎn)化為硫化鐵。干法脫硫反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O解析根據(jù)題干可知，該反應(yīng)為氧化鐵與H2S反應(yīng)，生成硫化鐵和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O。1232.氫能是一種公認的高熱值清潔能源，目前世界各國正致力于將高污染高排放的碳能源過渡成清潔高效低排放的氫能源。(1)我國氫氣的主要來源是焦爐氣制氫，所制得的氫氣含有較多的CO和H2S，中溫干法脫硫是用氧化鐵將硫元素轉(zhuǎn)化為硫化鐵。干法脫硫反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O解析根據(jù)題干可知，該反應(yīng)為氧化鐵與H2S反應(yīng)，生成硫化鐵和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O。123(2)我國科研人員用木屑水蒸氣氣化制取氫燃料，在一定條件下，反應(yīng)器中存在如下反應(yīng)：i.CO2(g)＋C(s)===2CO(g)

ΔH1ii.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)

ΔH2iii.C(s)＋2H2(g)===CH4(g)

ΔH3iv.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH4v.CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)

ΔH5①ΔH5＝_______________________________________________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3或ΔH4的式子表示)。2ΔH2－ΔH1－ΔH3(或2ΔH4－ΔH3＋ΔH1或ΔH2＋ΔH4－ΔH3)123解析根據(jù)蓋斯定律v＝2×ii－i－iii＝2×iv－iii＋i＝ii＋iv－iii，則ΔH5＝2ΔH2－ΔH1－ΔH3＝2ΔH4－ΔH3＋ΔH1＝ΔH2＋ΔH4－ΔH3。123②研究中CaO的添加量按照CaO中所含的Ca和松木屑所含碳的物質(zhì)的量比確定，在750℃，控制水蒸氣流量為0.1g/(min·g)下，探究催化劑加入量對產(chǎn)氣組分和氣化性能的影響，結(jié)果如表所示：n(Ca)/n(C)氣體體積分數(shù)碳轉(zhuǎn)化率/%H2COCO2CH4045.5822.7022.377.5461.220.552.9521.7419.115.1456.591.058.6222.3712.605.3161.42由表中數(shù)據(jù)，

＝_____時最為合理。

由0到0.5時，H2的體積分數(shù)顯著增加的原因：_______________________________________________________________________________________。體系的氣化溫度不僅對木屑的熱解氣化反應(yīng)有影響

，而且對CaO吸收CO2的能力以及CaCO3的分解反應(yīng)也有很大影響。實驗過程中，控制

為1.0，水蒸氣流量為0.1g/(min·g)，將氣化反應(yīng)溫度從700℃升到850℃，氣化溫度對產(chǎn)氫率、產(chǎn)氣率的影響如表：1.0CaO作為CO2的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2

的方向移動溫度/℃氣體體積分數(shù)碳轉(zhuǎn)化率/%H2COCO270051.7820.7519.8954.3775058.6222.3712.6061.4280055.6326.0512.7173.4385054.1626.9413.8283.34123解析根據(jù)表格中產(chǎn)氫率，

由0到0.5時，H2的體積分數(shù)顯著增加的原因是CaO作為CO2

的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2

分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2

的方向移動。123123③從產(chǎn)氫率的角度考慮，最佳操作溫度是________。750℃解析根據(jù)表格可知750℃時，產(chǎn)氫率最高。溫度/℃氣體體積分數(shù)碳轉(zhuǎn)化率/%H2COCO270051.7820.7519.8954.3775058.6222.3712.6061.4280055.6326.0512.7173.4385054.1626.9413.8283.34123④隨著反應(yīng)的進行，發(fā)現(xiàn)CaO的吸收能力逐漸降低，原因是____________________________________________________________________。解析CaO與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，附著在CaO的表面，阻止了CaO對CO2的進一步吸收。產(chǎn)生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對CO2的進一步吸收CaO吸收CO2123(3)將氫氣儲存于液體燃料中，可以解決氫氣的安全高效存儲和運輸問題。由于甲醇具有單位體積儲氫量高、活化溫度低等優(yōu)點，是理想的液體儲氫平臺分子。我國學(xué)者構(gòu)建一種雙功能結(jié)構(gòu)的催化劑，反應(yīng)過程中，在催化劑的表面同時活化水和甲醇。如圖是甲醇脫氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)歷程(TS表示過渡態(tài))。根據(jù)圖像判斷甲醇脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是______________，該反應(yīng)的ΔH_____(填“大于”“等于”或“小于”)0。O—H和C—H小于123解析甲醇的結(jié)構(gòu)簡式為CH3OH，脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是O—H和C—H；該反應(yīng)的相對能量降低，反應(yīng)放熱。3.碳、氮能形成多種氧化物、氫化物。(1)已知：①2NO(g)

N2(g)＋O2(g)

ΔH1＝－180.5kJ·mol－1②CO(g)＋

O2(g)

CO2(g)

ΔH2＝－283kJ·mol－1則NO與CO反應(yīng)生成兩種無毒氣體的熱化學(xué)方程式為________________________________________________________。1232CO2(g)＋N2(g)

ΔH＝－746.5kJ·mol－12CO(g)＋2NO(g)123解析NO與CO反應(yīng)生成兩種無毒氣體，應(yīng)為CO2和N2，化學(xué)方程式應(yīng)為2CO(g)＋2NO(g)

2CO2(g)＋N2(g)；由已知：①2NO(g)

N2(g)＋O2(g)

ΔH1＝－180.5kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律可知①＋②×2可得2CO(g)＋2NO(g)

2CO2(g)＋N2(g)

ΔH＝－180.5kJ·mol－1＋(－283kJ·mol－1)×2＝－746.5kJ·mol－1。(2)使用高效催化劑可大大減少汽車尾氣排放出的NOx含量，某研究所的科研人員探究了T1

℃時等質(zhì)量的三種催化劑對CO還原NO的催化效果(其他條件相同)，所得結(jié)果如圖1所示。①如果不考慮催化劑價格，則使用催化劑________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B兩狀態(tài)下，生成CO2的速率大小關(guān)系是___________。123Ⅰv(A)>v(B)123解析據(jù)圖可知相同時間內(nèi)使用催化劑Ⅰ的反應(yīng)最先達到平衡，所以使用催化劑Ⅰ最好；據(jù)圖可知A點曲線的斜率更大，反應(yīng)速率更快。②若容器容積為2L，開始時加入0.5molNO、0.5molCO，在催化劑Ⅰ的作用下達到如圖1所示平衡，則反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g)在該溫度下的平衡常數(shù)K＝________。123640解析據(jù)圖可知25s時氮氣的物質(zhì)的量不再改變說明反應(yīng)達到平衡，此時n(N2)＝0.2mol，根據(jù)方程式可知此時容器中n(CO2)＝0.4mol，Δn(NO)＝Δn(CO)＝0.4mol，初始投料為0.5molCO和0.5molNO，所以平衡時容器內(nèi)n(NO)＝n(CO)＝0.1mol，容器的容積為2L，所以K＝＝640。123解析反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)

ΔH1＝－159.47kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

ΔH2＝＋72.49kJ·mol