2.4 化学反应的调控-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版）

本高中化学讲义以工业合成氨为核心案例，系统梳理化学反应速率与化学平衡综合调控的知识点。先从理论分析压强、温度、催化剂、浓度对反应的影响，再结合实验数据对比理论与实际差异，最终过渡到生产条件的优化选择，构建“理论-数据-应用”的学习支架。 资料通过理论与实际的矛盾分析（如温度对速率和平衡的影响）培养科学思维，设计数据分析题和条件选择判断题提升科学探究能力，融入工业生产流程与环保措施体现科学态度。课中辅助教师引导多角度分析，课后通过练习题帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第四节　化学反应的调控 【学习目标】　1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，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.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路。 知识点一　合成氨条件的理论选择 1．合成氨反应的特点 N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，为了增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，应选择的反应条件见下表： 条件 增大反应速率 提高平衡产率 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，减小生成物浓度 3.数据分析 下表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量(体积分数)的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。 温度 /℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 提高反应速率的措施有升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的措施有降低温度、增大压强。 结论：二者在压强方面采取的措施是一致的，在温度方面采取的措施不一致。 (1)在合成氨的实际生产中，温度越低、压强越大越好(　　) (2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的平衡转化率(　　) (3)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(　　) (4)增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，均可以提高氨的产率(　　) (5)合成氨中，在提高反应速率和原料的平衡转化率上对温度的要求是一致的(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 1．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是　(　　) A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 解析：选B。A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应的反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C项，减小反应物浓度，使正反应的反应速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应的反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D项，加入催化剂，对正、逆反应的反应速率影响相同，错误。 2．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是(　　) A.都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B.都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 解析：选C。对于反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，使用催化剂能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，但不能使化学平衡发生移动；施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。 3．在密闭容器中进行合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　) A.其他条件不变，及时分离出NH3，会降低NH3的产率 B.使用催化剂可使N2的转化率达到100% C.其他条件不变，增大压强能提高反应物的转化率 D.其他条件不变，温度越高，NH3的产率越高 解析：选C。及时分离出NH3，平衡正向移动，NH3的产率增大，A错误；催化剂不能改变平衡转化率，且该反应为可逆反应，N2的转化率一定小于100%，B错误；增大压强，平衡正向移动，反应物的转化率增大，C正确；合成氨反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的产率降低，D错误。 知识点二　合成氨条件的生产选择 　　　　　　　　　　　　　　 1．压强 (1)适宜条件：10_MPa～30_MPa。 (2)选择依据：压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高。 2．温度 (1)适宜条件：400～500_℃。 (2)选择依据：该温度下催化剂的活性最大，反应速率比较大，氨的含量也相对较高。 3．催化剂：以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 4．浓度 (1)适宜条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，适时分离出NH3。 (2)选择依据：适当提高N2的浓度，来提高H2的转化率。 5．其他 兼顾环境保护和社会效益，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。 　在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH<0。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率： 温度/℃ 不同压强下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 (1)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______________________________________________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是______________________________________________________ ______________________________________________________。 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是 ______________________________________________________。 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是____________________________________________。 答案：(1)低温、高压 (2)此温度下反应速率较大，且催化剂的活性较高 (3)0.1 MPa(常压)下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备的要求更高，增加生产成本 (4)增大O2的浓度，提高SO2的转化率 6．生产流程 1．(2026·合肥高二月考)对于工业合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0，下列说法错误的是(　　) A.该反应在低温条件下能自发进行 B.工业合成氨在高温高压的条件下NH3的产率最高 C.工业合成氨一般选择400～500 ℃的重要原因是考虑催化剂的活性 D.增大压强，活化分子百分数不变，反应速率增大 解析：选B。合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的产率减小，B项错误。 2．(2026·张家口高二月考)合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如下图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是　(　　) A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 解析：选C。由题图可知，φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，故要提高φ(NH3)必须降低温度，但目前所用催化剂——铁触媒活性最大时的温度在400～500 ℃，故合成氨工业最有前途的研究方向是研制低温催化剂。 3．硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。下列有关反应2SO2＋O22SO3的说法不正确的是(　　) A.实际生产中，SO2、O2循环使用可提高原料利用率 B.实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C.实际生产中，通入过量空气的目的是提高SO2的转化率 D.实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度的主要原因是此温度下催化剂的活性最高 解析：选B。压强越大对设备的要求越高，在实际生产中，并不是压强越高越好，B错误。 1．化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是(　　) A.油锅起火，盖上锅盖灭火 B.生产糖果，加入食用色素 C.鲜牛奶冷藏，冷链运输 D.工业合成氨，研发新型催化剂 解析：选B。生产糖果，加入食用色素，与化学反应调控无关，B项符合题意。 2．(2026·德州高二检测)下列有关合成氨条件选择的说法正确的是(　　) A.适当增加氮气的浓度可提高氢气的平衡转化率 B.温度越高，速率越大，生产效益越好 C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率 D.将氨及时液化分离不利于提高氨的产率 解析：选A。适当增加氮气的浓度，平衡正向移动，可提高氢气的平衡转化率，A正确；合成氨反应是放热反应，温度升高，反应速率增大，但平衡逆向移动，氨的产率降低，B错误；铁触媒是催化剂，不能改变反应物的平衡转化率，C错误；将氨及时液化分离，平衡正向移动，有利于提高氨的产率，D错误。 3．工业上可在高纯氨下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，反应原理可表示为LiH(s)＋NH3(g)=== LiNH2(s)＋H2(g)。下图表示在不同氨分压和不同球磨时间下目标产物LiNH2的相对纯度变化曲线。考虑实验安全(氨压力要小)以及目标产物LiNH2的相对纯度要得到保证(接近98%)，选择合成的最佳条件为(　　) A.0.2 MPa，1.0 h　　 B．0.3 MPa，2.0 h C.0.4 MPa，2.0 h D．0.5 MPa，1.5 h 解析：选B。由题图可知，最佳条件为压强0.3 MPa、球磨时间2.0 h。 4．纳米钴常用作CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g)⥫⥬CH4(g)＋H2O(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　) A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B.缩小容器的容积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C.从平衡体系中分离出H2O(g)能增大正反应速率 D.工业生产中在高温条件下进行，目的是提高CO的平衡转化率 答案：B 5．合成氨技术是人类科学技术领域的重要突破。请回答下列问题： (1)下列有关获取原料气的说法正确的是________(填字母)。 A.可通过液化空气分离法得到氮气 B.可用煤、天然气与水蒸气反应制备水煤气，进而获取氢气 C.电解水法获取氢气是一种较为廉价且高效的方法 (2)工业生产中氮气与氢气按物质的量之比为1∶2.8进行投料，合成塔压强p恒定。若起始时通入x mol氮气，一段时间后测得氮气的平衡转化率为80%，则用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数Kp＝________(用p表示，气体分压＝总压×物质的量分数)。 (3)据统计，每年全世界在合成氨工业中向外排放的CO2高达40亿吨，为循环使用CO2以减少浪费，常见的方法是利用合成氨的产品NH3和副产品CO2合成尿素，发生的反应如下： ①2NH3(g)＋CO2(g)⥫⥬NH2COONH4(l)　ΔH1＝－100.5 kJ/mol　Ea1 ②NH2COONH4(l)⥫⥬CO(NH2)2(l)＋H2O(l) ΔH2＝＋27.6 kJ/mol　Ea2 副反应：NH2COONH4＋H2O⥫⥬(NH4)2CO3 已知活化能：Ea1≪Ea2。 某科研小组模拟工业生产合成尿素，发现反应温度在140 ℃时生成尿素的反应速率反而比80 ℃ 时小，可能原因是______________________________________________________ ______________________________________________________。 (4)工业合成尿素中，通常氨碳投料比大于2的可能原因是________(填字母)。 A.氨易获得，成本较低 B.氨过量可提高二氧化碳的转化率，增大合成速率 C.氨可与体系内水结合，抑制副反应发生 D.氨结合水，促进反应②的平衡正向移动 解析：(1)电解水需要消耗过多的能量，故C错误。 (2) 　　　　　N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 起始/mol x 2.8x 0 转化/mol 0.8x 2.4x 1.6x 平衡/mol 0.2x 0.4x 1.6x Kp＝＝＝。 (4)氨不易获得，A错误；根据反应①可知，氨过量，可以提高二氧化碳的转化率，反应物浓度增大也可增大反应速率，B正确；氨易与水反应，可抑制副反应发生，C正确；氨结合水，可促进反应②的平衡正向移动，D正确。 答案：(1)AB　(2)　(3)反应①的活化能远小于反应②的活化能，反应①很快达到平衡，升高温度，反应①的平衡逆向移动，NH2COONH4(l)浓度减小，导致生成尿素的反应速率减小(答案合理即可) (4)BCD 学科网（北京）股份有限公司 $