2.4 化学反应的调控(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

本讲义聚焦化学反应的调控核心知识点，以合成氨反应为案例，先分析其放热、熵减的反应特点，再从反应速率和平衡转化率角度系统梳理压强、温度、催化剂、浓度的选择依据，最后结合工业生产流程确定适宜条件，构建从理论到应用的学习支架。 该资料特色在于理论与工业实际深度融合，通过“活动”引导学生探究压强、温度选择的实际考量（如设备成本、催化剂活性），培养科学思维和科学态度。练习题覆盖选择、填空等题型，课中辅助教师教学，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第四节　化学反应的调控 1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 知识点一　合成氨反应条件的理论分析 1.合成氨反应的特点 合成氨反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　 ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 2.根据反应速率和平衡转化率选择反应条件 为了增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，在下表中选择反应条件： 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 　增大　压强 　增大　压强 温度 　升高　温度 　降低　温度 催化剂 使用 　无影响　 浓度 　增大　反应物浓度 　增大　反应物浓度，　降低　生成物浓度 3.数据分析 根据教材中，在不同温度和压强下（初始时N2和H2的体积比为1∶3），平衡混合物中氨的含量数据分析，可以得出结论： （1）提高反应速率的条件是　升高　温度、　增大　压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是　降低　温度、　增大　压强。 （2）二者在　温度　这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。（　×　） （2）增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，可以提高氨的产率。（　√　） （3）充入的N2越多越有利于NH3的合成。（　×　） （4）合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的。（　×　） （5）工业合成氨的反应是ΔH＜0、ΔS＜0的反应，在任何温度下都可自发进行。（　×　） （6）催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应。（　×　） 2.（2026·广东广州期中）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，合成氨时既要提高H2的平衡转化率，又要加快反应速率，可采取的办法是（　　） ①加压　②升温　③增大氢气和氮气的投料比　④补充N2　⑤使用催化剂 A.①④ B.②④⑤ C.①③④ D.①③⑤ 解析：A　①加压，单位体积内活化分子个数增大，则化学反应速率加快，平衡正向移动，氢气的平衡转化率提高，①正确；②升温，活化分子百分数增大，化学反应速率加快，但平衡逆向移动，氢气的平衡转化率降低，②错误；增大氢气和氮气的投料比，化学反应速率加快，平衡正向移动，但氢气的转化率降低，③错误；④补充N2，反应物的浓度增大，化学反应速率加快，平衡正向移动，氢气的平衡转化率提高，④正确；⑤使用催化剂，增大活化分子的百分数，化学反应速率加快，但平衡不移动，氢气的平衡转化率不变，⑤错误。 3.（2025·浙江台州期中）N2和H2生成NH3的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题： （1）该反应自发的条件是：　低温自发　。 （2）有利于提高合成氨平衡产率的条件有　AD　（填字母）。 A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂 （3）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773 K左右，压强为3.0×107Pa，原料气中N2和H2的物质的量之比为1∶2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由：　N2断键是决速步，适量提高N2的浓度可以提高整体的化学反应速率，适量提高N2的浓度可以提高H2的转化率　。 解析：（1）当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应能自发，由题目可知，该反应的ΔH＜0、ΔS＜0，要使ΔG＜0，应选择低温条件。 （2）对反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， 要提高合成氨平衡产率，需要平衡向右移动， 按照平衡移动原理，低温、高压符合题意。 （3）在合成氨工业中，N2的制备要比H2的制备容易，成本更低，适量提高N2有利于提高H2的转化率，节约成本；同时N2的稳定性也比H2强，断开N≡N比H—H难，适量提高N2浓度有利于提高N2的断键比率，提升合成氨的速率。 知识点二　工业合成氨的适宜条件 1.合成氨反应适宜条件的选择 　工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。 （1）尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。 （2）选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量。 （3）考虑设备的要求和技术条件等。 活动1　从压强角度分析，合成氨反应压强越大越好。目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。为什么合成氨时不采用更高压强？ 提示：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 活动2　从温度角度分析，合成氨反应低温有利于提高原料的平衡转化率。目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。为什么实际生产中不采用低温？ 提示：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，且铁触媒催化剂在500 ℃左右时的活性最大，氨的含量也相对较高。 活动3　目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。催化剂对平衡转化率无影响。为什么合成氨工业中还要使用催化剂？ 提示：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。 活动4　合成氨工业中，实际N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，并适时分离出氨气。分析说明原料中N2为什么适度过量？还可以采取哪些措施提高原料利用率？ 提示：N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率，适当提高N2比例，加快合成氨的速率。为了提高原料的利用率，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。 2.合成氨生产流程 （1）流程图示 （2）原料气的来源 ①氮气：氮气来自空气，从空气中获得氮气通常有两种方法：一是将空气液化、蒸发，分离出氮气；二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。 ②氢气：氢气用水、煤、天然气、石油等为原料制得。如以焦炭为原料制取氢气，反应可表示为C＋H2O（g）CO＋H2，CO＋H2OCO2＋H2；再如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为 H2O＋CH4CO＋3H2； H2O＋COCO2＋H2。 （3）原料气的净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如H2S、CO等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）在合成氨的实际生产中，压强越大越好。（　×　） （2）铁触媒在合成氨中质量没有改变，因此铁触媒没有参与反应。（　×　） （3）使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率。（　√　） （4）在工业生产条件优化时，只考虑经济性就可以。（　×　） 2.NH3是一种重要的工业原料，在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400～500 ℃和10 MPa～30 MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题： （1）下列有关合成氨工业的说法中，正确的是　B　。（填字母，下同） A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率很低 B.由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C.依据勒夏特列原理，加热使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 （2）该反应放热，但仍选择较高温度400～500 ℃，其原因是　AD　。 A.适当提高NH3的合成速率 B.适当提高H2的转化率 C.提高NH3的产率 D.催化剂在500 ℃左右活性最大 解析：（1）通过循环使用氮气和氢气，大大提高了氨气的产率，A错误；由于氨易液化，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了氨的产率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，C错误；铁触媒的活性与温度有关，D错误。 （2）合成氨为放热反应，一般采用400～500 ℃的温度，其原因是适当提高氨的合成速率，且催化剂在500 ℃左右时活性最大，催化效果最佳。 1.由丙烯合成正丁醛的反应：CH3CHCH2（g）＋CO（g）＋H2（g）CH3CH2CH2CHO（l） ΔH＜0，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是（　　） A.低温、高压、催化剂 B.适当的温度、高压、催化剂 C.常温、常压、催化剂 D.适当的温度、常压、催化剂 解析：B　合成正丁醛的反应是气体体积减小的反应，故可以采用高压，可加快反应速率且增大转化率；又因为该反应的正反应为放热反应，高温会使原料气的转化率降低，低温会使反应速率减慢，所以要采用适当的温度来提高反应速率，选B。 2.（2026·河北保定期中）下列做法不属于调控化学反应速率的是（　　） A.合成SO3时使用V2O5作催化剂 B.制氢气时用粗锌而不用纯锌 C.用水溶解氯化钠时用玻璃棒搅拌 D.合成氨气时增大反应物浓度 解析：C　合成SO3时使用V2O5作催化剂，能降低反应所需活化能，增大活化分子百分数，加快化学反应速率，属于调控化学反应速率，A错误；粗锌中含有杂质，Zn和杂质及电解质溶液构成原电池，加快化学反应速率，属于调控化学反应速率，B错误；搅拌能加快NaCl溶解速率，没有发生化学反应，不属于调控化学反应速率，C正确；反应物浓度越大，反应速率越快，合成氨气时增大反应物浓度，增大单位体积内活化分子个数，加快化学反应速率，属于调控化学反应速率，D错误。 3.（教材改编题）已知：2SO2 （g）＋O2（g）2SO3 （g）　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2（物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变）。SO2的平衡转化率（％）随温度和压强的变化如表，下列说法不正确的是（　　） 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/％ 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A.从理论上分析，为了使SO2尽可能多地转化为SO3，应选择的条件是450 ℃、10 MPa B.在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长 C.在实际生产中，采用的压强为常压，原因是常压下SO2的转化率已经很高 D.在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 解析：D　根据表中数据可知，450 ℃、10 MPa时SO2的转化率最高，此时反应速率较大，A正确；温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长，温度较高，二氧化硫的转化率会降低，实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，B正确；结合表中数据可知，常压下SO2的转化率已经很高，增大压强时，转化率提升不明显，但对材料的强度和设备制造的要求均提高很多，因此实际生产中采用的压强为常压，C正确；在不同温度、压强下， SO2的转化率和反应速率不同，转化相同物质的量的SO2所需要的时间不相等，D错误。 4.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。 （1）写出X的化学式　NH3　。 （2）图中条件选定的主要原因是　BC　（填字母，下同）。 A.温度、压强对化学平衡的影响 B.铁触媒在该温度时活性大 C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制 （3）如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法正确的是　ABD　。 　 A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既能加快反应速率，又能提高原料的平衡转化率 C.步骤③有利于增大反应速率也有利于提高原料平衡的转化率 D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 解析：（1）原料气N2和H2在一定条件下反应，生成的NH3（X）冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2（Y）和H2（Y）循环利用。 （2）温度选择在500 ℃不是从化学平衡的影响分析，而是因为催化剂在此温度时活性大，还可以适当提高化学反应速率，压强选择10 MPa～30 MPa是从化学平衡理论分析，压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大。 （3）为防止铁触媒中毒，须将原料“净化”处理，A正确；步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B正确；合成氨反应放热，步骤③使用较高温度有利于增大反应速率，但不利于提高原料的平衡转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，C错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥；液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D正确。 题组一　合成氨反应适宜条件的选择 1.（2025·广东深圳期中）工业上用N2和H2合成NH3：N2＋3H22NH3，下列有关说法错误的是（　　） A.使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B.H2不可能100％地转化为NH3 C.通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D.达到平衡时，N2的浓度和H2的浓度之比一定为1∶3 解析：D　未告知反应前加入的反应物的量，不能判断，D错误。 2.（2025·山东青岛九中月考）一种合成氨的反应历程如图所示（吸附在催化剂表面的物质用*表示）。下列说法错误的是（　　） A.N2生成NH3过程中包含多步还原反应 B.过程Ⅰ和过程Ⅲ中能量的变化值相同 C.增大N2浓度，有利于提高H2的转化率 D.有大量氨分子吸附在催化剂表面会降低化学反应速率 解析：B　由题图可知，生成NH3的过程中氮元素化合价逐渐降低，是通过多步还原反应实现的，A正确；过程Ⅰ是断裂氮氮三键中的一个键且形成一个N—H，而过程Ⅲ是断裂NN中的一个键且形成一个N—H，所以能量变化不同，B错误；增大N2的浓度，平衡正向移动，使H2转化量增加从而增大了H2的转化率，C正确；NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性，如果大量氨分子吸附在催化剂表面，将降低反应速率，D正确。 题组二　工业合成氨的适宜条件 3.（2025·吉林重点高中期末）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意图如下。 下列有关合成氨说法正确的是（　　） A.从合成氨平衡体系中分离出NH3，可提高正反应速率，减小逆反应速率，使平衡正移 B.热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C.合成氨一般选择400～500 ℃进行，铁触媒的活性最大，原料气的平衡转化率高 D.步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 解析：B　分离出氨气，使平衡正向移动，但正反应速率和逆反应速率都减小，A错误；热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温，利于液化分离，B正确；合成氨一般选择400～500 ℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，但温度升高，原料气的平衡转化率降低，C错误；步骤⑤分离出氨气，有利于平衡正向移动，可以提高原料的平衡转化率，D错误。 4.（2026·陕西汉中期中）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列说法正确的是（　　） A.工业合成氨一般选择400～500 ℃是为了促进平衡正向移动 B.工业合成氨中未转化的合成气循环利用，可以提高反应物的利用率 C.压强越大，工业合成氨的综合效益越好 D.将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快正反应速率 解析：B　工业合成氨一般选择400～500 ℃是为了提高催化剂的活性，加快反应速率，升温平衡是逆向移动的，A错误；工业合成氨中未转化的合成气继续循环利用，从而提高反应物的利用率，B正确；压强增大到一定程度后，反应物的转化率较大，但增加不明显，且压强过大，对设备的要求也较高，故工业合成氨选择合适的压强，不是越大越好，C错误；将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，但正反应速率随之减小，D错误。 题组三　化学反应的调控 5.（教材改编题）在合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量的CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜溶液来吸收原料气中CO，其反应为[Cu（NH3）2]＋＋CO＋NH3[Cu（NH3）3CO]＋　ΔH＜0。下列说法错误的是（　　） A.必须除去原料气中CO的原因是防止催化剂中毒 B.吸收CO的生产适宜条件应选择适当温度、加压，压强越大越好 C.吸收CO后的乙酸二氨合铜溶液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，再生的适宜条件是高温、降压 D.合成氨工业中，使用热交换器可节约能源，降低成本 解析：B　应选择适当温度和加压，但不是压强越大越好，要考虑压强过大，设备要求高，且运行成本高，B错误。 6.（2026·江西赣州期中）化学与生产、生活息息相关。下列做法的主要目的是提高反应限度的是（　　） A.合成氨时采用400～500 ℃反应条件 B.工业制硫酸时，吸收塔内用98.3％浓硫酸吸收SO3 C.夏天将水果放在冰箱内保鲜 D.工业上在高压条件下合成CH3OH：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） 解析：D　合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，合成氨时采用400～500 ℃反应条件，目的是加快化学反应速率，且该温度下催化剂的活性最好，不能提高反应限度，A错误；工业制硫酸时，吸收塔中用98.3％的浓硫酸吸收SO3，主要是防止形成酸雾，腐蚀设备，与提高反应限度无关，B错误；温度越低，反应速率越慢，夏天将水果放在冰箱内保鲜，目的是减慢化学反应速率，不能提高反应限度，C错误；增大压强，该反应的平衡正向移动，增大反应物的转化率，能提高反应限度，D正确。 7.（2025·湖北部分名校联考）硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。 下列说法错误的是（　　） A.反应Ⅰ，粉碎黄铁矿，增大接触面积，使反应充分、反应快 B.反应Ⅱ选择常压下进行的原因是常压下SO2的转化率已较高，加压对提高转化率有限，但显著增加工业成本 C.反应Ⅲ，将98.3％的浓硫酸从吸收塔顶喷淋而下，快速、充分吸收SO3 D.反应Ⅱ，加入催化剂的目的是提高SO2的平衡转化率 解析：D　反应Ⅰ中，粉碎黄铁矿，能增大反应物之间的接触面积，使反应更充分，反应速率更大，A正确；虽然加压能提高SO2的转化率，但是提高程度有限，且会显著增加工业成本，同时常压下SO2的转化率已经较高，可满足生产需要，因此反应Ⅱ选择常压下进行，B正确；反应Ⅲ，将98.3％的浓硫酸从吸收塔顶喷淋而下，SO3从下往上与浓硫酸充分接触，能快速、充分吸收SO3，C正确；催化剂不会影响平衡移动，D错误。 8.（2025·华中师大附中期中）哈伯在1908年申请循环法合成氨的专利，合成氨实验所用装置如图。下列说法错误的是（　　） A.进口a通入的是经过压缩的N2和H2 B.出口b的气体可以直接通入含催化剂的反应器 C.出口c是液态NH3出口，可用于冷却离开催化剂的气体 D.冷却水从A口进，B口出，用来给合成氨反应降温防止温度过热 解析：B　由于合成氨的反应是一个可逆反应，故进口a通入压缩N2和H2，有助于提高反应速率，提高N2和H2的利用率，A正确；出口b为循环的氢气和氮气，需要净化，防止催化剂中毒，B错误；经过反应器反应，按下进上出的方式通入冷凝水（从A口进水，B口出水），混合气体进入冷却室，将NH3液化，出口c处为液态氨，将NH3分离有利于平衡正向移动，C、D正确。 9.（2025·河南许昌月考）一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化成S。催化剂不同，其他条件相同（浓度、温度、压强）情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图所示。下列说法错误的是（　　） A.不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3作催化剂可以节约能源 B.选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右 C.a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了 D.其他条件相同的情况下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的转化率最小 解析：D　由题图可知，当温度在280 ℃之后，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的平衡转化率最大，A正确；温度在340 ℃时，SO2的转化率已经比较高了，再升高温度转化率变化不大且成本升高，B正确；温度太高，催化剂活性可能会降低，C正确；其他条件相同时，选择Cr2O3作催化剂，不同温度下SO2的转化率不同，当温度在260 ℃时选择Cr2O3作催化剂，SO2的转化率相比之下最大，D错误。 10.（2025·广东汕头期中）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，反应原理为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。一种工业合成氨的简易流程图如下： （1）步骤Ⅲ，773 K时，各步反应的能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。 图中决速步骤的反应方程式为　＋N*＋3H*　，该步反应的活化能Ea＝　62　kJ·mol－1。 （2）已知相同质量的同种催化剂在载体上的分散度越高，催化剂表面吸附NH3的量越多，催化作用越强。某次实验中，NH3在一定质量某催化剂作用下分解的实验数据如下表： 反应时间/ min 0 10 20 30 40 50 c（NH3）/ （mol·L－1） c0 0.9c0 0.8c0 0.7c0 0.6c0 0.5c0 分析表中数据可知，随着反应进行，c（NH3）减小，平均反应速率　不变　（填“增大”“减小”或“不变”），对该分析结果的合理解释是　反应中氨气浓度减小但吸附量不变，平均反应速率不变　。 解析：（1）决速步骤是速率最慢的基元反应，活化能最高的基元反应，因此反应的方程式为＋N*＋3H*；该步反应的活化能＝（17＋45）kJ·mol－1＝62 kJ·mol－1。 （2）由表中数据得知，每间隔10分钟，氨气浓度减少0.1c0，因此反应速率不变，原因是尽管反应物中氨气浓度减少，但是吸附量不变，平均反应速率不变。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $