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第36講
化學反應的方向與調控
診斷性評價
回答下列問題：
(1)合成氨反應在常溫下______(填“能”或“不能”)自發。
能
(2)_____溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應速率，____溫有利于提高平衡轉化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業常采用400～500 ℃。
高
低

化學反應限度
化學反應速率
動力學
熱力學
反應已經發生
反應還未發生
化學反應方向
熱力學
一、化學反應的方向
自發過程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動進行的過程。
自發反應：在一定條件下，不需外界幫助就能自動進行的化學反應。
外界幫助包括升溫、加壓等
而“點燃”不屬于
外界
幫助
對體系做有用功
體系的能量
有降低的趨勢
自發反應
有利于
一定可以發生
焓判據
自發反應也有可能是吸熱反應
(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, 克勞修斯提出用熵用來衡量體系混亂(無序)程度的物理量，用S表示。體系越混亂（無序），熵值越大，單位是J·mol-1·K-1。
ΔS=S(產物)－S(反應物)
ΔS＞0，熵增反應
ΔS＜0，熵減反應
①同一物質在不同狀態下熵值不同，一般規律是 S(g)>S(l)>S(s)
②在化學反應中，氣態物質的系數增大，則熵增大。反之，則熵減小。
孤立/絕熱體系
熵值增大
自發反應
有利于
熵判據
自發反應也有可能是熵減反應
4Na(s) + O2(g)=2Na2O(s)
ΔS =-259.86J·mol-1·K-1
ΔH =-828.44 kJ·mol-1
焓判據
ΔH<0
熵判據
ΔS<0
自發反應
有利于
不利于
主要方面
次要方面
綜合考慮體系的焓變與熵變
1876年，吉布斯（美）提出自由能變化 ΔG，并認為化學反應總是向著自由能減小（ ΔG < 0）的方向進行，直至達到平衡。
ΔG = ΔH-T ΔS
ΔG = ΔH—TΔS < 0 反應能自發進行
ΔG=ΔH—TΔS = 0 反應達到平衡狀態
ΔG=ΔH—TΔS > 0 反應不能自發進行
二、化學反應的調控
動力學（化學反應速率）
熱力學（化學平衡移動）
原料利用率（原料的成本，物質的選擇性）
實際生產（設備安全）
催化劑活性（溫度較高易失活）
壓強:10～30 MPa
溫度:500 ℃
催化劑：鐵觸媒
（以鐵為主體的多成分催化劑）
投料比:N2與H2的投料比(物質的量之比)為1∶2.8
提高反應物的轉化率:使氨氣冷卻成液氨并及時分離，分離后的原料氣循環使用，及時補充氮氣和氫氣。
選擇性問題的計算
合適條件的分析選擇
采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。
2.0



曲線變化的分析
減小壓強
升高溫度(或及時移出生成物)

(2)在乙烷中引入O2可以降低反應溫度，減少積碳。涉及如下反應：
氧氣的引入可能導致過度氧化。為減少過度氧化，需要尋找催化劑降低反應_____(填“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據是__________________________________
_____________________________。
a
制備的目標產品是C2H4，b、c均為副
反應，應加快反應a的反應速率



(3)常壓下，在某催化劑作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制備乙烯，體系中C2H4和CO在含碳產物中的物質的量百分數及C2H6轉化率隨溫度的變化如圖所示。
①乙烯的物質的量百分數隨溫度升高而降低的原因是____________________________
_______________________________。
反應a、c是放熱反應，升高溫
度，a反應平衡逆向移動程度較大



②在570～600 ℃溫度范圍內，下列說法正確的是
_____(填字母)。
A.C2H4產率隨溫度升高而增大
B.H2O的含量隨溫度升高而增大
C.C2H6在體系中的物質的量百分數隨溫度升高而增大
D.此催化劑的優點是在較低溫度下降低CO的平衡產率
BD



終結性評價
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