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人教版选择性必修一
第二章 化学平衡
——化学反应的方向
2025年11月10日星期一
工作单位：高级中学
任课教师：化学教师
化学反应原理的组成部分
能量变化
反应快慢
反应方向
反应程度
化学反应
自发过程
一定条件下，不需要借助外力就能自动进行的过程
能量减少
为什么能自发进行？
过程自发的另一个因素
过程自发地从混乱度小(有序)向混乱度大(无序) 的方向进行
熵的概念
含义
1
大小
2
意义
3
度量系统的混乱程度，符号S
对于同一物质：S(g)＞ S(l) ＞ S(s)
体系有自发向 S＞0方向进行的倾向
反应自发的两个判据
能量判据：放热反应（ H＜0）有自发进行的倾向
熵判据：熵增的反应（ S＞0）有自发进行的倾向
H＜0 ， S＞0的反应一定能自发进行
H＞0 ， S＜0的反应一定不能自发进行
Mg + 2HCl＝MgCl2 + H2↑
2CO＝2C + O2
放热熵减或吸热熵增的反应能否自发进行呢？
复合判据
自由能判据：自发的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。
自由能 G
反应过程
反应物
生成物
平衡态
当 G＜0时，反应能自发进行
当 G＞0时，反应不能自发进行
当 G＝0时，反应处于平衡状态
G = H T S
练习与应用
练1：根据自由能判据，分析下列反应自发的条件是什么？
NH3 + HCl
NH4Cl
CaCO3
CaO + CO2
1
2
放热熵减，低温
吸热熵增，高温
温度越高，熵因素的影响程度就越大
练习与应用
练2：大气中产生NO的反应为：
N2 + O2
2NO
H＞0，
① 判断该反应的 S___0（填＞、＜或＝）
② 判断该反应自发的条件为_______（填高温或低温）
练3：已知反应：
2A(g) + xB(g)
C(g) + 3D(g)
H＞0，
在高温下能自发进行，则可判断 x=____
练习与应用
练4：已知合成氨的反应：
N2 + 3H2
2NH3
H = 92.4 kJ·mol-1，
S = 198.2 J·K-1· mol-1 ，
通过计算说明在常温（298K）时，该反应能否自发进行？
G = H T S = -92.4 + 298×0.1982 = -33.3＜0
能自发进行
要使氨生成的更快（提高单位时间氨的产量）
要使氨生成的更多（提高反应物的转化率）
化学反应速率的问题
化学平衡移动的问题
提出问题
工业合成氨，如何控制条件提高生产效益呢？
分析问题
思考与讨论
（1）原理分析
根据合成氨的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？请填入下表。
对合成氨反应 的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的 反应速率
提高平衡混合物中氨的含量

增大反应物浓度
增大反应物浓度
升高温度
降低温度
增大压强
增大压强
使用催化剂
无影响
分析问题
思考与讨论
（2）数据分析
表中实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况（初始时氮气和氢气的体积比是1:3）。分析表中数据，结合合成氨的特点，讨论应如何选择反应条件以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。
综合上述两个方面，分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取的措施是否一致。

温度/℃ 不同条件平衡时氨的含量/%（体积分数）
0.1 Mpa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.5 9.10 13.8 23.1 31.4
压强的选择
20
40
60
80
100
20
40
60
80
0
压强 / MPa
NH3的体积分数 / %
压强越大速率越大
压强越大转化率越大
压强越大对设备的要求越高
压强越大对需要的动力越大
400℃平衡时氨的体积分数随压强变化示意图
目前合成氨一般采用的压强为10 MPa ~ 30 MPa
1909年哈伯发现了用锇作催化剂，可以催化合成氨的反应，因发明用氮气和氢气合成氨的方法，获得1918年诺贝尔化学奖。哈伯推荐的催化剂由于价格、来源和性能等原因不适合工业生产，博施进行了2 500种配方的20 000多次试验，筛选出了适合工业生产的催化剂，也就是现在普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒，并于1931年获得了诺贝尔化学奖。
科学·技术·社会
合成氨——实验室研究与工业生产
使用催化剂可以大幅提高反应速率
使用催化剂不改变平衡转化率
要考虑催化剂的活性，选择适合的反应温度
要防止催化剂中毒，需要对原料气净化
催化剂的选择
浓度的选择
干燥
净化
压缩机
加压
10MPa~30MPa
热交换
N2+H2
N2+H2
N2+H2
铁触媒
400~500℃
N2+H2
N2+H2
冷却
液态NH3
NH3+N2+H2
NH3+N2+H2
为了提高合成氨的转化率上述流程采取了哪些措施？
将氨冷却液化分离
加压
原料气循环使用

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