0.60 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g),反應(yīng)在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)(NH₃的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為。計算：

①該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；

②該條件下反應(yīng)2NH₃(g)　　　 N₂(g)+3H₂(g)的平衡常數(shù)。

答案　 (1)

　(2)升溫、增大N₂濃度、不斷移出生成物

(3)①66.7%　　 ②5.0×10^-3mol²·L^-2

解析　 (1)催化劑能降低反應(yīng)的活化能，改變反應(yīng)的歷程，使一個高能變過程變?yōu)閹讉�能量相對低的過程，使反應(yīng)易發(fā)生。要點是有催化劑時能量低而過程階段多了。圖見答案。

(2)加快反應(yīng)速率且增大NH₃生成量的方法是升溫、增大N₂濃度、不斷移出生成物。

(3)解：①設(shè)反應(yīng)過程消耗xmolN₂(g)。

N₂(g)+3H₂(g)　　　 2NH₃(g)

起始物質(zhì)的量/mol　 　　　0.60　　 1.60　　　　 0

平衡物質(zhì)的量/mol　　　　 0.60-x　 1.60-3x　　 2x

平衡時反應(yīng)體系總物質(zhì)的量=［(0.60-x)+(1.60-3x)+2x］mol=(2.20-2x) mol

NH₃(g)的物質(zhì)的量分數(shù)=2x÷(2.20-2x)=

x=0.40

N₂的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=66.7%

②設(shè)反應(yīng)2NH₃(g)　　　 N₂(g)+3H₂(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時，c(NH₃)=2×0.40 mol÷2.0 L=

2.合成氨適宜條件的選擇

(1)選擇依據(jù)：從提高反應(yīng)速率的角度分析，提高反應(yīng)溫度、使用催化劑、適當提高氮氫比；從平衡移動的角度分析，降低溫度、提高壓強和適時分離反應(yīng)產(chǎn)物氨；從實際生產(chǎn)的角度分析，溫度和壓強要與生產(chǎn)實際相適應(yīng)。

(2)選擇原則：能加快反應(yīng)速率；提高原料的利用率；提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量；對設(shè)備條件要求不能太高。

(3)合成氨的適宜條件：使用催化劑；適宜的壓強：2×10⁷-5×10⁷Pa；適宜的溫度：500℃左右；及時分離出氨和及時補充氮氣和氫氣。

(4)合成氨的簡要流程：

[例1](2010安徽卷)低脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

2NH₂(g)+NO(g)+NH₂(g)2H₃(g)+3H₂O(g)　 H<0

在恒容的密閉容器中，下列有關(guān)說法正確的是

A.平衡時，其他條件不變，升高溫度可使該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大

B.平衡時，其他條件不變，增加NH₃的濃度，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小

C.單位時間內(nèi)消耗NO和N₂的物質(zhì)的量比為1∶2時，反應(yīng)達到平衡

D.其他條件不變，使用高效催化劑，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大

答案：C

解析：A選項，放熱反應(yīng)升溫平衡常數(shù)減小，錯誤；增大一個反應(yīng)物濃度另一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，B錯；使用催化劑平衡不移動，D錯。

[例2](2010重慶卷)(15分)某興趣小組用題27圖裝置探究氨的催化氧化．

(1)氨催化氧化的化學(xué)方程式為___________________．

(2)加熱玻璃管2一段時間后，擠壓1中打氣球鼓入空氣，觀察到2中物質(zhì)呈紅熱狀態(tài)；停止加熱后仍能保持紅熱，該反應(yīng)是_________反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)．

(3)為保證在裝置4中觀察到紅棕色氣體，裝置3應(yīng)裝入_________；若取消3，在4中僅觀察到大量白煙，原因是___________________．

(4)為實現(xiàn)氨催化氧化，也可用裝置5替換裝置_________(填裝置代號)；化合物X為_________(只寫一種)，Na₂O₂的作用是___________________．

_{答案(15分)}

_{(1)4NH3+5O24NO+6H2O}

_(2)放熱

_{(3)濃H2SO4；生成的NO與O2反應(yīng)生成NO2,NO2與水反應(yīng)生成HNO3，NH3與HNO3反應(yīng)生成了}

　 (4)I; 與HCL反應(yīng)生成氧氣(合理答案均給分)

[解析]本題考查氨的催化氧化。(1)和氧化生成。(2)該反應(yīng)為放熱，故不加熱后仍能保持紅熱狀態(tài)。(3)產(chǎn)物中有和，會被氧化生成，在于空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成,而與會產(chǎn)生白煙。(4)裝置5與1均產(chǎn)生科產(chǎn)生。加熱分解可得和HCL,而HCL與可生成。

[例3](2008廣東24)科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑(摻有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃。進一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N₂壓力1.0×10⁵ Pa、反應(yīng)時間3 h):

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

N₂(g)+3H₂O(l)　　 2NH₃(g)+O₂(g)

ΔH=+765.2 kJ·mol^-1

回答下列問題：

(1)請畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注。

(2)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃生成量的建議：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

(3)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N₂(g)+3H₂(g)　　　 2NH₃(g)。設(shè)在容積為2.0 L的密閉容器中充入

1.合成氨的反應(yīng)原理：N₂(g)+3H₂(g)　 2NH₃(g)298K時，△H==92.2kJ·mol^-1

特點：合成氨是一個氣體體積縮小的放熱的可逆反應(yīng)。

5. 反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響

(1)化學(xué)平衡移動：一定條件下的可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)以后，反應(yīng)條件改變，平衡混合物中各組分的濃度也隨之發(fā)生改變而達到新的平衡狀態(tài)，這種由一個平衡達到新的平衡的過程稱為化學(xué)平衡移動。

(2)反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響

①改變溫度：

升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。

降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動。

②改變濃度：

若Q_c＜K_c，化學(xué)平衡正向(向右)移動。

若Q_c＞K_c，化學(xué)平衡逆向(向左)移動。

③改變壓強：

若Q_p＜K_p，化學(xué)平衡正向(向右)移動。

若Q_p＞K_p，化學(xué)平衡逆向(向左)移動。

(3)勒夏特列原理：在封閉體系中，如果只改變平衡體系中的一個條件時，平衡將向減弱這個條件改變的方向移動。

[例1](2010天津卷，10)

(14分)二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚。

請回答下列問題：

⑴ 煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：___________________________。

⑵ 煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H₂S用Na₂CO₃溶液吸收，生成兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：________________________________________。

⑶ 利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：

① 2H₂(g) + CO(g) 　CH₃OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol^－1

② 2CH3OH(g) 　CH3OCH3(g) + H₂O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol^－1

③ CO(g) + H₂O(g) 　CO₂(g) + H₂(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol^－1

總反應(yīng)：3H₂(g) + 3CO(g) 　CH₃OCH₃(g) + CO₂ (g)的ΔH＝ ___________；

一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________(填字母代號)。

a．高溫高壓　　　　　 b．加入催化劑　　　　 c．減少CO₂的濃度

d．增加CO的濃度　　 e．分離出二甲醚

⑷ 已知反應(yīng)②2CH3OH(g) 　CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400 。此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH ，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

① 比較此時正、逆反應(yīng)速率的大小：v_正 ______ v_逆 (填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH₃OH后，經(jīng)10 min反應(yīng)達到平衡，此時c(CH₃OH) ＝ _________；該時間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH₃OH) ＝ __________。

解析：(1)煤生成水煤氣的反應(yīng)為C+H₂OCO+H₂。

(2)既然生成兩種酸式鹽，應(yīng)是NaHCO₃和NaHS，故方程式為：

Na₂CO₃+H₂S==NaHCO₃+NaHS。

(3)觀察目標方程式，應(yīng)是①×2+②+③，故△H=2△H₁+△H₂+△H₃=-246.4kJ· mol ^-1。

正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，CO轉(zhuǎn)化率減小；加入催化劑，平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變；減少CO₂的濃度、分離出二甲醚，平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；增大CO濃度，平衡右移，但CO轉(zhuǎn)化率降低；故選c、e。

(4)此時的濃度商Q==1.86＜400，反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，向正反應(yīng)方向移動，故_正＞_逆；設(shè)平衡時生成物的濃度為0.6+x，則甲醇的濃度為(0.44-2x)有：400=，解得x=0.2 mol·L^-1，故0.44 mol·L^-1-2x=0.04 mol·L^-1。

由表可知，甲醇的起始濃度度為(0.44+1.2) mol·L^-1=1.64 mol·L^-1，其平衡濃度為0.04 mol·L^-1，

10min變化的濃度為1.6 mol·L^-1，故(CH₃OH)=0.16 mol·L^-1·min^-1。

答案：(1) C+H₂OCO+H₂。

(2) Na₂CO₃+H₂S==NaHCO₃+NaHS

(3) -246.4kJ· mol ^{-1　　 c}、e

(4) ①＞　 ②0.04 mol·L^-1 　　0.16 mol·L^-1·min^-1

命題立意：本題是化學(xué)反應(yīng)原理的綜合性試題，考查了化學(xué)方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動原理，和利用濃度商和平衡常數(shù)的關(guān)系判斷平衡移動的方向、平衡常數(shù)和速率的計算等。

[例2](2010四川理綜卷，13)

反應(yīng)aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)達到平衡時。M的體積分數(shù)y(M)與反應(yīng)條件的關(guān)系如圖所示。其中：Z表示反應(yīng)開始時N的物質(zhì)的量與M的物質(zhì)的量之比。下列說法正確的是

A.同溫同壓Z時，加入催化劑，平衡時Q的體積分數(shù)增加

B.同壓同Z時，升高溫度，平衡時Q的體積分數(shù)增加

C.同溫同Z時，增加壓強，平衡時Q的體積分數(shù)增加

D.同溫同壓時，增加Z，平衡時Q的體積分數(shù)增加。

答案：B

解析：本題考查了平衡移動原理的應(yīng)用。A項加入催化劑只能改變反應(yīng)速率，不會使平衡移動。B項由圖像(1)知隨著溫度的升高M的體積分數(shù)降低，說明正反應(yīng)吸熱，所以溫度升高平衡正向移動，Q的體積分數(shù)增加。C項對比(1)(2)可以看出相同溫度條件，壓強增大M的體積分數(shù)增大，所以正反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，增大壓強Q的體積分數(shù)減小。D項由C項可以判斷D也不對。

[鞏固練習1](福建省泉州一中2010屆高三上學(xué)期期中考試)在1 L密閉容器中，把1 mol A和1 mol B混合發(fā)生如下反應(yīng)：

3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，當反應(yīng)達到平衡時，生成0.4 mol D，并測得C的平衡濃度為0.4 mol·Lˉ¹，下列敘述中不正確的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．x的值為2　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　B．A的轉(zhuǎn)化率為40%　

C．B的平衡濃度為0.8 mol·Lˉ¹　 　　　　　　　 D．D的體積分數(shù)為20%

答案 B

[鞏固練習2](貴州省巴結(jié)中學(xué)2010屆高三10月月考)某體積可變的密閉容器，盛有適量的A和B的混合氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：　　　　　　　　　 　，若維持溫度和壓強不變，當達到平衡時，容器的體積為VL，其中C氣體的體積占10%，下列推斷正確　 (　 )

　　 ①原混合氣體體積為1.2VL；　　　 ②原混合氣體的體積為1.1VL；

　　 ③反應(yīng)達平衡時氣體A消耗0.05VL； ④反應(yīng)達平衡時氣體B消耗掉0.05VL。

A．②③　　 B．②④　　 　 C．①③　D．②①

答案 A

[鞏固練習3](重慶西南師大附中2010年上學(xué)期期末考試)T℃時，A氣體與B氣體反應(yīng)生成C氣體。反應(yīng)過程中A、B、C物質(zhì)的量變化如圖(Ⅰ)所示；若保持其他條件不變，溫度分別為T₁和T₂時，B的體積分數(shù)與時間的關(guān)系如圖(Ⅱ)所示，則下列結(jié)論正確的是(　　 )

A．在(t₁+1)min時，保持其他條件不變，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動

B．在(t₁+1)min時，保持容器總壓強不變，通入稀有氣體，平衡向正反應(yīng)方向移動

C．不再增減物質(zhì)，只改變壓強或溫度時，A的體積分數(shù)V_(A)%變化范圍為25%<V_(A)%<40%

D．其他條件不變，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，且A的轉(zhuǎn)化率增大

答案 C

基礎(chǔ)過關(guān)

第4課時 反應(yīng)速率與限度理論在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用

4.平衡轉(zhuǎn)化率：對于可逆反應(yīng)aA+bB　　 cC+dD，反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率可以表示為：

α(A)==(c₀(A)－ [A])/c₀(A)×100%

3.化學(xué)平衡常數(shù)：

(1)概念：對于一定條件下的可逆反應(yīng)(aA+bB　　 cC+dD)，達到化學(xué)平衡時，生成物濃度的乘冪的乘積與反應(yīng)物濃度的乘冪的乘積之比為一常數(shù)，記作K_c，稱為化學(xué)平衡常數(shù)(濃度平衡常數(shù))。

(2)數(shù)學(xué)表達式：

如果反應(yīng)物和生成物均為氣體，當達到化學(xué)平衡時，將由各物質(zhì)平衡分壓算得的平衡常數(shù)稱為壓強平衡常數(shù)。即

濃度平衡常數(shù)和壓強平衡常數(shù)均稱為化學(xué)平衡常數(shù)。

(3)意義：平衡常數(shù)的大小化學(xué)反應(yīng)可能進行的程度(即反應(yīng)限度)；平衡常數(shù)的數(shù)值越大，說明反應(yīng)進行得越完全。

(4)影響因素：只與溫度有關(guān)，而與濃度無關(guān)。

2.化學(xué)平衡(狀態(tài))：

(1)概念：在一定條件下可逆反應(yīng)進行到一定程度時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。

(2)特征：

①逆：化學(xué)平衡研究的對象是可逆反應(yīng)。

②等：V(正)==V(逆)≠0

③動：化學(xué)平衡是動態(tài)平衡。雖然V(正)==V(逆)，但正、逆反應(yīng)仍在進行。

④定：反應(yīng)物和生成物的濃度保持一定。

⑤變：外界條件改變，平衡也隨之改變。

1.可逆反應(yīng)：在相同條件下同時向正、反兩個方向進行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。在可逆反應(yīng)中使用“　　　　 ”。

4.第Ⅳ象限符號為“-、+”(△S＜0、△H＞0)時化學(xué)反應(yīng)的方向--所有溫度下反應(yīng)均不能自發(fā)進行

[例4]CO(g)＝C(s，石墨)+1/2O2(g)，其△H＝110.5 kJ·mol^-1△S==　-89.36J·mol^-1·K^-1，試判斷該反應(yīng)在298K和2000K時反應(yīng)是否自發(fā)進行？

[解析]

298K時，△H-T△S＝110.5 kJ·mol^-1-298K×10^-3×(-89.36kJ·mol^-1·K^-1) ==137.13 kJ·mol^-1＞0，故298K時反應(yīng)不能自發(fā)進行。

2000K時，△H-T△S＝110.5 kJ·mol^-1-2000K×10^-3×(-89.36kJ·mol^-1·K^-1) ==289.22 kJ·mol^-1＞0，故2000K時，反應(yīng)也不能自發(fā)進行。

事實上，△S＜0、△H＞0時，僅從符號上進行分析，無論溫度如何變化，恒有△H-T△S＞0，故化學(xué)反應(yīng)的方向--所有溫度下反應(yīng)均不能自發(fā)進行。

從以上四個象限的情況來看，交叉象限的情況相反相成，第Ⅰ象限(高溫下反應(yīng)自發(fā)進行)和第Ⅲ象限(低溫下反應(yīng)自發(fā)進行)相反相成，第Ⅱ象限(所有溫度下均可自發(fā)進行)和第Ⅳ象限(所有溫度下反應(yīng)均不能自發(fā)進行)相反相成。分析化學(xué)反應(yīng)的方向的熱力學(xué)判據(jù)是△H-T△S＜0，而這個判據(jù)是溫度、壓強一定的條件下反應(yīng)自發(fā)進行的趨勢，并不能說明反應(yīng)能否實際發(fā)生，因為反應(yīng)能否實際發(fā)生還涉及動力學(xué)問題。

基礎(chǔ)過關(guān)

第3課時 化學(xué)反應(yīng)的限度

3.第Ⅲ象限符號為“-、-”(△S＜0、△H＜0)時化學(xué)反應(yīng)的方向--低溫下反應(yīng)可以自發(fā)進行

[例3]常溫下氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣及水有可能發(fā)生反應(yīng)，即：

4Fe(OH)₂(s)+2H₂O(l)+O₂(g)==4Fe(OH)₃(s)，已知該反應(yīng)在298K時的△H== -444.3 kJ·mol^-1，△S==　-280.1 J·mol^-1·K^-1

試問該反應(yīng)在常溫下是否自發(fā)進行？

[解析]

根據(jù)△H-T△S＝-444.3 kJ·mol^-1-298K×10^－3×(-280.1 kJ·mol^-1·K^-1)== -360.83 kJ·mol^-1＜0，故298K時反應(yīng)可自發(fā)進行。

由于焓變和熵變的作用相反，且二者相差懸殊，焓變對反應(yīng)的方向起決定性作用，故反應(yīng)可自發(fā)進行。

假定溫度達到2000K，則△H-T△S＝-444.3 kJ·mol^-1-2000K×10^－3×(-280.1 kJ·mol^-1·K^-1)＝115.9 kJ·mol^-1＞0，反應(yīng)不能自發(fā)行。即高溫下反應(yīng)不能自發(fā)進行。