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第36讲
化学反应的方向与调控
诊断性评价
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下______(填“能”或“不能”)自发。
能
(2)_____温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，____温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
高
低

化学反应限度
化学反应速率
动力学
热力学
反应已经发生
反应还未发生
化学反应方向
热力学
一、化学反应的方向
自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。
自发反应：在一定条件下，不需外界帮助就能自动进行的化学反应。
外界帮助包括升温、加压等
而“点燃”不属于
外界
帮助
对体系做有用功
体系的能量
有降低的趋势
自发反应
有利于
一定可以发生
焓判据
自发反应也有可能是吸热反应
(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH = +74.9kJ/mol
NaHCO3(s)+ HCl(aq)= NaCl (aq)+ H2O (l)+ CO2(g) ΔH = +34.1kJ/mol
Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) ΔH ＞0
(NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH ＞0
1850年, 克劳修斯提出用熵用来衡量体系混乱(无序)程度的物理量，用S表示。体系越混乱（无序），熵值越大，单位是J·mol-1·K-1。
ΔS=S(产物)－S(反应物)
ΔS＞0，熵增反应
ΔS＜0，熵减反应
①同一物质在不同状态下熵值不同，一般规律是 S(g)>S(l)>S(s)
②在化学反应中，气态物质的系数增大，则熵增大。反之，则熵减小。
孤立/绝热体系
熵值增大
自发反应
有利于
熵判据
自发反应也有可能是熵减反应
4Na(s) + O2(g)=2Na2O(s)
ΔS =-259.86J·mol-1·K-1
ΔH =-828.44 kJ·mol-1
焓判据
ΔH<0
熵判据
ΔS<0
自发反应
有利于
不利于
主要方面
次要方面
综合考虑体系的焓变与熵变
1876年，吉布斯（美）提出自由能变化 ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ ΔG < 0）的方向进行，直至达到平衡。
ΔG = ΔH-T ΔS
ΔG = ΔH—TΔS < 0 反应能自发进行
ΔG=ΔH—TΔS = 0 反应达到平衡状态
ΔG=ΔH—TΔS > 0 反应不能自发进行
二、化学反应的调控
动力学（化学反应速率）
热力学（化学平衡移动）
原料利用率（原料的成本，物质的选择性）
实际生产（设备安全）
催化剂活性（温度较高易失活）
压强:10～30 MPa
温度:500 ℃
催化剂：铁触媒
（以铁为主体的多成分催化剂）
投料比:N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8
提高反应物的转化率:使氨气冷却成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，及时补充氮气和氢气。
选择性问题的计算
合适条件的分析选择
采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
2.0



曲线变化的分析
减小压强
升高温度(或及时移出生成物)

(2)在乙烷中引入O2可以降低反应温度，减少积碳。涉及如下反应：
氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化，需要寻找催化剂降低反应_____(填“a”“b”或“c”)的活化能，判断的依据是__________________________________
_____________________________。
a
制备的目标产品是C2H4，b、c均为副
反应，应加快反应a的反应速率



(3)常压下，在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制备乙烯，体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。
①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是____________________________
_______________________________。
反应a、c是放热反应，升高温
度，a反应平衡逆向移动程度较大



②在570～600 ℃温度范围内，下列说法正确的是
_____(填字母)。
A.C2H4产率随温度升高而增大
B.H2O的含量随温度升高而增大
C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率
BD



终结性评价
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