一、化学反应的方向

1、自发反应

在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

2、化学反应的焓判据

一般，放热反应，即ΔH < 0的反应更容易自发进行。但有些吸热反应，ΔH > 0的反应也能自发进行，所以仅利用ΔH不能准确判断反应的方向。

3、化学反应的熵判据

熵：衡量体系混乱程度的物理量，用符号S表示。一般体系混乱度越大，熵值越大，体系越稳定。

同种物质熵值一般是：

S(g)>S(l)>S(s)

熵变：生成物的熵与反应物的熵的差值，用符号ΔS表示。

一般ΔS增大的反应，即ΔS > 0的反应容易自发进行。但有些ΔS < 0的反应也可以自发进行，仅用ΔS也不能准确判断反应的方向。

4、化学反应方向的判断

将焓判据、熵判据综合使用可判断反应的方向。

ΔG＝ΔH－TΔS

注：T为温度，单位为K。

ΔG<0时，反应能自发进行；

ΔG＝0时，反应处于平衡状态；

ΔG>0时，反应不能自发进行。

从上面的原则可知：

如果ΔH < 0，ΔS > 0，反应能自发进行；

如果ΔH > 0，ΔS < 0，反应不能自发进行；

如果ΔH > 0，ΔS > 0，反应在高温下能自发进行；

如果ΔH < 0，ΔS < 0，反应在低温下能自发进行。

二、化学反应的调控

以工业合成氨为例。下面是合成氨的工艺流程图：

工业合成氨的原理：

1、温度的选择

温度过低，反应速率太小；温度过高，平衡会逆向移动，反应物的转化率低。综合考虑催化剂的活性温度，工业上一般选择400℃-500℃的温度。

2、压强的选择

压强越大，反应速率越快，反应物的转化率也越高，但压强过大，对生产设备的要求很高，且能量的消耗也很大，生产成本提高。工业上一般选择10MPa-30MPa的压强。

3、催化剂的选择

使用铁触媒，加快反应速率。注意原料气要净化，防止催化剂中毒。

4、其它措施

将生成的氨气从混合气中分离，并将氮气、氢气循环使用，提高反应物的转化率。

还可适当提高氮气的用量，提高氢气的转化率。

选择工业生产条件的原则：

综合考虑化学反应速率和化学平衡，使化学反应速率适当地快，但反应物的转化率不能太低；

及时分离生成物，并将一些物质循环使用；

增大低廉原料的浓度，提高其它原料的利用率；

还要考虑生产设备、能源的消耗等综合成本。

练习：

1、(2022·浙江)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为：

其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是(　　)

A．ΔH和ΔS均大于零

B．ΔH和ΔS均小于零

C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零

D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零

答案：D。

2、[2022·湖南]已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是__________。

答案：C。

3、[2020·全国卷]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：

回答下列问题：

(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________，判断的依据是________。影响α的因素有______。

答案:

(2)0.975

该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa＞2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa

反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强