第2章 第4节 化学反应的调控-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步辅导与测试(人教版)

第二章化学反应速率与化学平衡 第四节化学反应的调控 【课程标准要求】1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重 要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。3.能运用温度、浓度、压 强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件 的选择和优化。4.以工业合成氨为例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合 分析。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、合成氨条件的理论选择 二、工业合成氨的适宜条件与化学反应调控 1.合成氨反应的特点 1.合成氨的反应条件 化学方程式：N2(g)+3H2(g)一2NH3(g)。 (1)压强 已知298K时：△H=-92.4kJ·mol-1,△S= 适宜条件： -198.2J·mol-1·K-1。 (2)温度 (1)自发性：常温(298K)下，△H一T△S 0,能自发进行。 适宜条件： 左右。 (2)可逆性：反应为 反应。 (3)催化剂 (3)嫡变：△S<0,正反应是气体体积 适宜条件：使用 作催化剂。 的反应。 (4)浓度 (4)焓变：△H<0,是 反应。 分离 原料气循环利用。 2.原理分析 2.化学反应的调控 从增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中： (1)化学反应的调控，就是通过改变 使 氨含量角度分析： 一个可能发生的反应按照某一个方向进行。 条件 提高反应速率 提高氨的含量 (2)在实际生产中常常要结合设备条件、安全操 压强 作、 温度 等情况，综合考虑影响化学反应速 催化剂 率和 的因素，寻找一个适宜的生产 反应 反应物浓度， 条件。 浓度 物浓度 生成物浓度 (3)要根据环境保护及社会效益等方面的规定 【练一练】 和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 【练一练】 (1)工业合成氨的反应是放热反应，任何温度下2.判断正误（正确的打“√”，错误的打“X”)。 都能自发进行 ( (1)合成氨工业温度选择700K左右，主要是为 (2)1molN2与足量的H2在一定条件下合成： 了提高NH3的产率 () 氨，充分反应后能得到2mol氨气 (2)合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提 (3)工业合成氨中，温度越高，压强越大越有利 于氨的合成 ()1 高N2、H2的转化率 (4)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转： (3)在合成氨中，为提高H2的转化率，充入的 化率 N2越多越好 ( 37 化学选择性必修1 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 新知探究 化学反应的调控 :4.在合成SO3的过程中，解释不需要分离出SO3 情境导人 的原因。 工业上以黄铁矿(FeS2)为原料生产硫酸的工艺 流程如图： 8 5.生产中通人过量空气的目的是什么？ 7 ③ 5 ① 阿**4 ④ 归纳总结 1⑨ A B A为涕腾炉，反应为4FS,十110，高温2Fe,0,十 1.工业合成氨的适宜条件 压强 10 MPa~30 MPa 8SO2;B为接触室，反应为2SO2(g)+O2(g)= 2SO3(g)△H=-196.6kJ·mol-1;C为吸收塔， 温度 400~500℃ 反应为S)3十H2O一H2SO4。接触室中利用催 催化剂 使用铁触媒作催化剂 化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中 氨及时从混合气中分离出去，分离后的原料气 最关键的步骤。 浓度 循环使用，及时补充N2和H2 下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况 2. 工业生产中选择适宜生产条件的原则 不同压强下SO2的转化率/% 温度 有利于增大 有利于平衡正 1×105Pa5×105Pa1×1o5Pa5×1o5Pa1×1o7Pa 外界 反应速率的 向移动的条件 综合分析结果 450℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 条件 条件控制 控制 550℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 增大反应物的 不断地补充反 增大反应 1.从理论上分析，为了使反应物的转化率尽可能 浓度 浓度、减小生成 应物、及时地 物的浓度 大，在温度和压强方面如何选择？ 物的浓度 分离出生成物 加合适的 加合适的催 催化剂 不需要 催化剂 化剂 兼顾速率和平 △H<0 低温 衡，考虑催化 2.在实际工业生产中通常选择的温度是450℃，： 剂的适宜温度 理由是什么？ 温度 高温 在设备条件允 许的前提下， △H>0 高温 尽量采取高 温并考虑催 化剂的活性 3.在实际工业生产中通常选择的压强是多少？理 反应后气 在设备条件允 由是什么？ 体体积减 高压 许的前提下， 高压（有气 小的反应 尽量采取高压 压强 体参加) 反应后气 兼顾速率和 体体积增 低压 平衡，选取适 大的反应 宜的压强 38 第二章 化学反应速率与化学亚衡 对点题组 N2 ①净N ③催化 化干 H, ②加压 反应 ④液化 -NH 1.德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人 H2- 燥 (2×10Pa) (500℃. 分离 类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法 催化剂 错误的是 ⑤N,和H2再循环 补充N2+H2 A.①②③ B.①③⑤ C.②④⑤ D.②③④ 温度500℃左右 :3.苯乙烯与溴苯在一定条件下发生Heck反应： 4 N2 催化剂，反应温度 成 催化剂铁触媒 反应时间，溶剂，碱 … ，。。。 H 压强10-30MPa N2+H,+NH↓ 液氨 冷却设备 溴苯用量/mmol 100 100 100 100 100 100100 和分离器 合成氨工业流程图 催化剂用量/mmol 2 2 A.增大压强既可以加快反应速率，又可以提高 反应温度/℃ 100 100 100 100 120 40 160 原料转化率 反应时间/h 10 12 14 16 B.升高温度既可以加快反应速率，又可以提高 产率/% 81.284.486.686.293.596.689.0 平衡转化率 根据上表数据，下列说法正确的是 C.冷却过程中采用热交换有助于节约能源 A.最佳反应温度为100℃ D.原料循环使用可提高其利用率 B.最佳反应时间为16h 2.如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料： C.温度过高时催化剂活性可能降低 转化率采取的措施是 ( D.增大压强可以提高产率 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.工业生产氨气的适宜条件中不包括 ):3.镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化 A.用浓硫酸吸收产物 物：LaNis(s)+3H2(g)=IaNi5Hs(s)△H B.用铁触媒作催化剂 <0,欲使LaNis H(s)释放出气态氢，根据平衡 C.温度为400~500℃ 移动原理，可改变的条件是 () D.压强为10~30MPa A.增加LaNis H6(s)的量 2.合成氨反应通常控制在2050MPa的压强和： B.降低温度 500℃左右的温度，且进入合成塔的氨气和氢： C.减小压强 气的体积比为1：3，经科学测定，在相应条件 D.使用催化剂 下氨气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分 4.据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢 数)如表所示： 气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)+6H2(g) =CH3CH2OH(g)十3H2O(g)。下列叙述错 压强 20 MPa 50 MPa 误的是 体积分数/% 19.1 42.2 A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产 而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为： 效率 15%,这表明 ( )1 B.反应需在300℃下进行可推测该反应一定是 A.表中所测数据有明显误差 吸热反应 B.生产条件控制不当 C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率 C.氨的分解速率大于预测值 D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和 D.合成塔中的反应并未达到平衡 H2O可提高CO2和H2的利用率 39 化学选择性必修1 5.下表所列实验数据是在不同温度和压强下达到： (1)比较200℃和300℃时的数据，可判断出升 平衡状态时，混合物中NH3的含量（体积分数） 高温度，平衡向 (填“正反应”或“逆反 的变化情况[投料比V(N2):V(H2)=1:3]。 应”)方向移动，合成氨的正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 压强/MPa (2)根据平衡移动原理，合成氨的适宜条件是 0.1 10 20 30 60 100 (填序号)。 NH3的 A.高温、高压 B.高温、低压 温度/℃ 含量/% C.低温、高压 D.低温、低压 200 15.381.586.489.9 95.498.8 (3)500℃、30MPa时，N2的转化率为 300 2.2 52.064.2 71.0 84.292. (4)工业中实际生产氨时，考虑到浓度对化学平 400 0.4 25.138.247.065.279.8 衡及反应速率的影响，常采取的措施有： 500 0.1 10.6 19. 26. 12.257.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.131.4 温馨提示 请做课时分层检测（九） 章末综合提升 ◆网络构建心 表示方法： △c 单位：mol·L1·sl或mol·L-1·min-1 化学反应速率{简单计算 公式法 化学计量数之比法 内因：反应物的结构、性质（活化分子） 影响因素 浓度：c增大，增大 压强：有气体参加的反应，p增大，增大 外因 温度：T升高，增大 催化剂：一般加快反应速率 化学反应 焓判据：使体系能量降低的方向，就是反应容易进行的方向 速率与化 熵判据：使体系熵增大的方向，就是反应容易进行的方向 化学反应的方向 学平衡 △G<0,反应能自发进行 复合判据（△G=△H一T△S)△G>0,反应不能自发进行 △G=0,反应处于平衡状态 概念：可逆反应、条件一定，正=逆，各组分浓度不变 特征：逆、动、等、定、变 原因：外界条件（浓度、压强、温度）改变→正≠逆 化学 移动因果结果：再次正=递，各成分的含量又不变 平衡 方向：依据勒夏特列原理判断 表达式：对于反应mA(g)十nB(g)一C(g)十qD(g),K=c(C)·c9(D cm(A)·cn(B) 化学平影响因素：只与温度有关，与反应物或生成物的浓度变化无关 衡常数 判断可逆反应进行的程度 应用 判断可逆反应进行的方向 求反应物的转化率 40关键能力·合作探究 新知探究 探究导入 1,提示：随着反应进行，锥形瓶与木板之间结冰，说明该反应为吸热 反应。 2.提示：已知△H大于0，又知该反应生成气体，为嫡增的反应，根据 自由能△G=△H一T△S,高温时△G<0反应可以自发进行，所以 该反应能自发进行的原因是因为嫡增。 对点题组 1.B「该反应的反应物能量比生成物能量低，为吸热反应，△H>0, 该反应是墒减的反应，△S0,远B。] 2.A[氕、氘和氚的质子数相同，中子数不同，互称同位素，故A正 确：△H一T△S<0时反应自发，若△H>0,则有△S>0,故B错 误：由于氢键的存在，冰的密度小于液态水，测对于相同质量的水 而言，其体积V的相对大小有：V(g)>V(s)>V(I),故C错误：相 同原子之间通过共用电子对形成的共价键，没有电子得失或电子 偏移，故D错误。 3.DA.2(3(g)=3)2(g)△H0,△S>0,△G=△HT△S0,能 自发进行，A不选：B.CaC()(s) -C)(s)+C)2(g)△H>0,△S 0,较高温度时，△G=△H一T△S0,B不选：CN(g)十3H(g)= 2NH(g)△H0,△S0,较低温度时，△G=△H-T△S0,C不选： D.2C)(g)= =2C(s)+O2(g)△H>0,△S<0,△G=AH-T△S>0, 不能自发进行，D选。] 素养演练·提升技能 1.B[氟化钠溶于水中，固体变成溶液，混乱度增大，△S>0,故A 错误：NH3(g)与HCI(g)反应生成NHCI(s),气体体积减小，反 应后墒变减小，△S0,故B正确；千冰(C)2)的升华，混乱度增 大，△S0,故C错误：CaC)3(s)分解为CaO(s)和C(),(g),气体 体积增大，混乱度增大，△S>0,故D错误。] 2.C[由图可知，该反应为气体体积减小的放热反应，即△H0, △S0。] 3.B△H0,△S>0,所有温度下都能满足△H一T△S0,反应可 自发进行，故A不选：△H>0,△S0,所有温度下都满足△H T△S>0,反应不能自发进行，故B选；△H<0,△S0,在较低温度 下，可满足△H一T△S<0,反应可自发进行，故C不选：△H>0, △S>0,在较高温度下，可满足△H一T△S<0,反应可自发进行， 故D不远。 4.A[根据△G=△H一T△S判断，对于△H0,△S>0的反应，在 任何温度时，△G<0,反应均能自发进行，A错误；已知反应为分解 反应，即为吸热反应，则△H>0,反应物无气体，生成物有气体，则 △S0,B正确：反应的△S0,在室温下可自发进行，则△G=△H 一T△S<0,则该反应的△H0,C正确；该反应的△>0，由于该 反应是固体反应物生成气体，△S>0,测该反应在一定条件下能自 发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，D 正确。门 5.解析(1)实验室可用钢与浓疏酸反应制备少量S),的反应为 Cu(s)+2H2S)(1)=CuS),(s)+S)2(g)+2H2O(1)△H= 一1l.9kJ·mol-1,由于该反应△H<0、△S>0,因此该反应在任 何温度下都能自发进行。 (2)△G<0时，反应能自发进行，故反应①自发进行的最低温度为 1000℃。由于△G=△H-T△S,反应②的△H2<0,而反应①的 △H1>0,△H,<△H1,△S1>△S2,因此相同温度下，反应②比反 应①的△G小的主要原因为△H2<△H1。 答案(1)任何温度下都能自发，是因为△H<0,△S>0,则△G △H-T△S<0 (2)1000℃△H,△H,导致反应②的△G小 第四节 化学反应的调控 必备知识·自主梳理 一、1.(1)<(2)可逆(3)缩小(4)放热 2.增大压强增大压强升高温度降低温度使用无影响 增大增大降低 练一练 1.(1)×(2)×(3)×(4)× 二、1.(1)10MPa~30MPa(2)400500℃(3)铁触媒 (4)NH 2.(1)反应条件(2)经济成本化学平衡 练一练 2.(1)×(2)/(3)× 关键能力·合作探究 新知探究 情境导入 1.提示：低温高压 2.提示：该反应是放热反应，升高温度，反应物转化率降低，在450℃ 时反应物转化率较高。 1 3.提示：1×10Pa。常压下S)2的转化率已经很高，若采用较大的 压强，S),的转化率提高很少，但对设备及动力的要求更高。 4.提示：S),的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中S),的余 量很少，故不需要分离出S)。 5.提示：增大()2浓度，提高S)2的转化率。 对点题组 1.B「增大压强可以加快合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以 提高原料转化率，A正确；合成氨反应为放热反应，升高温度平衡 逆向移动，降低平衡转化率，B错误：冷却过程中采用热交换有助 于节约能源，C正确：原料循环使用，可提高其利用率，D正确。 2.C[工业合成氨反应的化学方程式为N:十3H,高温，高压 催化剂 2NH3,反应是可逆反应，正反应气体体积减小，正反应是放热反 应：依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施 为：增大压强，液化分离出氨气，氮气和氢气的循环使用。] 3.C [根据表格信息，当反应温度为140℃，反应时间为14h时，生 成物的产率最大，因此最佳反应温度为140℃，最佳反应时间为 14h,A、B错误；根据表格数据，温度超过140℃时，生成物的产率 降低，可能是温度过高导致了催化剂活性降低，C正确：该反应中 无气体参加反应，所以增大压强不影响平衡的移动，D错误。] 素养演练·提升技能 1.A[工业生产中，要求反应速率快，转化率高，从反应速率方面考 虑应远择高效催化剂、升高温度，从转化率方面考虑应远择较高 的压强，所以B、C、D都是工业生产氨气的适宜条件。] 2.D「表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差：合成氨 连续操作，不可能对生产条件控制不当；平衡浓度问题与速率的 大小没有直接关系，只与化学反应的限度有关。这说明合成氨工 业考虑单位时间的产量问题，并未让合成负反应达到平衡，因为 让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长得不偿失。] 3.C[欲使LNiH:(s)释放出气态氢，则平衡逆向移动，该反应为 气体体积减小的放热反应，可以升高温度或减小压强。] 4.B[使用催化剂可加快反应速率，从而提高生产效率，A项正确； 加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进 行，B项错误；充入大量C)2气体可使平衡正向移动，提高H2的 转化率，C项正确；从平衡混合气体中分离出CHCH,OH和H,O 可促使平衡正向移动，从而提高C)2和H2的利用率，D项正确。] 5.解析(1)表中数据表明，恒压时，升高温度，NH3的含量减小，说 明平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。 (2)由反应N(g)十3H(g)=→2NH3(g)△H0知，在低温、高 压的条件下平衡向右移动，反应物的转化率增大，合成氨的适宜 条件是低温、高压。 (3)假设N,的用量为1mol,H,的用量为3mol,N,的消耗量为 xmol则： N,(g)十3H,(g)==2NH3(g) 起始(mol) 3 0 转化(mol) 3x 2.x 平衡(mol)1一x 3-3.x 2 2x 平衡时NH,的含量为：2x+1-工十3一3zX100%=26.4%,得工 ≈0.4177，则a(N,)=0.4177m0X100%=4l.7%。 1 mol (4)增大反应物浓度或降低生成物浓度均有利于平衡向正反应方 向移动 答案(1)逆反应放热(2)C(3)41.77% (4)加入过量N(或及时从平衡体系中移走NH) 章末综合提升 素养提升 T例1]解析由图中数据可知，30min时，M、Z的浓度分别为 0.300mol·L1和0.125mol·L1,则M的变化量为 0.5mol·L1-0.300mol·L1-0.200mol·L1,其中转化为 Y的变化量为0.200mol·L1-0.125mol·L1=0.075mol· L1。因此，0~30min时间段内，Y的平均反应速率为 0.075mol·L- -=0.0025mol·L1·min1,A说法不正确：由 30 min 题中信息可知，反应①和反应②的速率之比为 ,Y和Z分别为 k。 反应①和反应②的产物，且两者与M的化学计量数相同（化学计 量数均为1)，因此反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比等于 ko ,由于k1、2为速率常数，故该比值保持不变，B说法正确：结 合A、B的分析可知，此反应开始后，在相同的时间内体系中Y和 k1_0.075mol·L 3 Z的浓度之比等于点：一0.125m0l·=方，因此，如果反应能 9