2.4 化学反应的调控 学案-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学导学案聚焦化学反应的调控，以合成氨反应为切入点，引导学生结合反应方程式与数据，通过表格梳理浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和平衡的影响，再结合工业制硫酸、合成尿素等案例构建知识支架，衔接催化剂活性与选择性的学习。 资料以真实工业情境为载体，将化学平衡与反应速率理论融入实际问题解决，通过案例分析和阶梯式习题设计，培养学生的化学观念和科学思维，提升科学探究与实践能力，助力学生理解化工生产原理及条件优化逻辑。

化学反应的调控 一、合成氨反应条件与原理分析 根据方程式：N2+3H22NH3 ΔH=-92.2 kJ•mol-1和以下数据思考如何提高NH3的产量 化工生产中调控反应的一般思路 外界条件 有利于增大反应速率的条件 有利于平衡正向移动的条件 综合分析 浓度 催化剂 温度 ΔH<0 ΔH>0 压强 反应后气体体积减小的反应 反应后气体体积增大的反应 例1:工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况工业中通常采用400℃-500℃,压强选择1.0MPa而不选择更高的10MPa的其原因_____________________________________________ 例2：利用 CO2、NH3在一定条件下可合成尿素,反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)图1表示合成塔中氨碳比a[]与 CO2平衡转化率α的关系。已知b为水碳比[]，b 应控制在______________ A.0.6~0.7 B.1~1.1 C.1.5~1.6 a 最好控制在 4.0 左右的原因是___________________________ 二、催化剂的活性和选择性 活性：对反应速率提升的能力，受自身成分、粒径、温度、压强等条件影响 选择性：对特定反应提升__________产物产率提升的能力 使催化剂明显失效称为催化剂_____________，故反应气体一般需要_______________处理 例1.① ②C2H4(g)+3O2(g)=== 2CO2(g)+2H2O(g) (1)工业上制备环氧乙烷使用为什么使用银作催化剂____________________________ (2)已知生成环氧乙烷为4mol，生成CO2为2mol，则催化剂的选择性为___________ 2.CO2催化加氢合成二甲醚是一种 CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应： 反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH = +41.2 kJ·mol−1 反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH = -122.5 kJ·mol−1 在恒压、CO2和 H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中： ①温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是______________________ ②220 ℃时，在催化剂作用下 CO2与 H2反应一段时间后，测得 CH3OCH3的选择性为48%(图 中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高 CH3OCH3选择性的措施有_________ 1、合成氨是人工固氮最重要的途径。合成氨反应为：N2+3H22NH3 ΔH＝-92.4kJ·mol−1 现代常用工艺条件以Fe作催化剂，一定压强下，控制温度500℃，反应历程为(*表示吸附态) 化学吸附：N2(g)→2N* H2(g)→2H* 表面反应：N*+H*NH* NH* +H*NH2* NH2* +H*NH3* 脱附：NH3* NH3(速率快) (1)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是___________ A．控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率 B．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 C．不断将液氨移去，利于反应正向进行同时提高正反应速率 D．实际生产中，N2适度过量有利于提高H2的转化率同时有利于提高整体反应速率 (2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用M-LiH复合催化剂，催化效果如图1所示。若一定压强下，以相同的投料，500℃用Fe作催化剂和350℃用Fe-LiH作催化剂，氨气的产率随时间变化如图2。请在图2中画出相同压强下350℃用Cr-LiH作催化剂氨气的产率随时间变化的曲线 (3)压强为20MPa下，以x(H2)=0.75、x(N2)=0.25(x代表物质的量分数)进料，反应达平衡时氮气的转化率与温度的结果如下图3中曲线b所示。 ①若保持压强不变，以x(H2)=0.675、x(N2)=0.225、x(Ar)=0.1进料，则平衡时氮气的转化率与温度的结果是曲线 (填“a”或“c”)。判断的依据是 。 ②若保持压强不变，当平衡时x(NH3)=0.2，则该温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)平衡常数KP= (化为最简式)。[对于气相反应，用某组分B的平衡压强P(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作KP，如P(B)=P•x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。 2、CO2与氢气在固载金属催化剂上可发生以下反应： 反应i.CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH1 反应ii.CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH2>0 反应iii．…… 可能的反应机理如下(M为催化剂)；回答下列问题： (1)反应iii的化学方程式为___________________________________ (2)已知下列几种物质的标准摩尔生成焓(在101kPa时，由最稳定单质合成1mol指定产物时所放出的热量)：依据以下信息，ΔH1=___________ 物质 CO2(g) H2(g) HCOOH(g) 标准摩尔生成焓/kJ·mol-1 -393.51 0 -362.3 (3)在一定压强下，按n(H2)：n(CO2)=1：1 投料，发生反应i和反应ii (忽略反应iii)， 反应相同时间，CO2的转化率及HCOOH选择性(甲酸选择性=随温度变化曲线如下图所示。①下列措施能提高CO2平衡转化率的是___________ ( 填标号)。 A．降低温度      B．再充入Ar       C．分离出HCOOH ②673.15K，反应后体系中H2的分压为a MPa，则反应i的压力商计算式Qp=__________ MPa-1 ③当温度高于673.15K，随温度升高，反应i与反应ii的反应速率相比，增加更显著的是反应___________ (填“ i”或“ii”)，判断的理由是___________ (4)若在Bi或Bi/CeO2催化剂表面还原CO2生成HCOOH， 模拟经历两种中间体的能量变化如图所示。HCOOH的合成更倾向于通过生成___________中间体，且___________ (填 “Bi”或“Bi/CeO2”)的催化活性更优异。 1 学科网（北京）股份有限公司 $