第二章 第四节 化学反应的调控-【金版新学案】2026-2027学年高中化学选择性必修1 化学反应原理同步课堂高效讲义教师用书Word（人教版 单选）

本讲义聚焦化学反应的调控核心知识点，以工业合成氨为载体，先分析反应原理（可逆性、气体体积减小、放热等特点），再通过对比速率与平衡对温度、压强等条件的要求，构建从理论分析到工业适宜条件选择的学习支架。 资料以合成氨和硫酸工业为案例，结合数据分析与条件优化讨论，培养科学思维（证据推理）和化学观念（物质转化规律）。任务中的判断正误、交流研讨及练习题，助力课中教学互动，课后可帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第四节　化学反应的调控 [学习目标]　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。 任务一　合成氨反应的原理分析 一、合成氨反应的特点 1.反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　 ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 2.反应特点 (1)可逆性：反应为可逆反应； (2)体积变化：正反应为气体体积减小的反应； (3)焓变：ΔH＜0； (4)熵变：ΔS＜0； (5)自发性：ΔH－TΔS＜0，常温下能自发进行。 二、原理探究 根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？填入下表。 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度，减少生成物浓度 降低温度 增大压强 三、数据分析 根据课本P47表2-2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实验数据分析，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。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.判断正误 (1)工业合成氨的反应是放热反应，任何温度下都能自发进行。(　　) 提示：错误；工业合成氨的反应是放热、熵减的反应，它是低温自发。 (2)1 mol N2与足量的H2在一定条件下合成氨，充分反应后能得到2 mol氨气。(　　) 提示：错误；合成氨的反应是可逆反应，不可能进行到底。 (3)工业合成氨中，温度越高，压强越大越有利于氨的合成。(　　) 提示：错误；合成氨的反应是放热反应，温度升高不利于氨的合成。 (4)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。(　　) 提示：错误；催化剂不影响转化率。 2.在工业合成硫酸中，其中一步反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。 根据反应特点，利用原理分析，增大反应速率的措施有　　　　　　　　　　　， 增大原料转化率的措施有　　　　　　　　　　　　　。 答案：增大SO2和O2的浓度，增大压强，升高温度，选用合适的催化剂　增大压强，降低温度(合理即可) 任务二　工业合成氨的适宜条件 [交流研讨]　(1)增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ 提示：不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料和设备的制造要求越高，一般采用的压强为10～30 MPa。 (2)既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？ 提示：不是。因为从化学平衡的角度考虑，合成氨在低温时有利于平衡向生成氨的方向移动，但是温度过低时反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，一般采用的温度为400～500 ℃。 (3)工业合成氨主要考虑哪些因素？ 提示：化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的耗能、设备条件等因素。 (4)怎样提高N2、H2的利用率？ 提示：将未化合的N2、H2循环使用。 工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 1.判断正误 (1)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。(　　) 提示：正确。 (2)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保。(　　) 提示：错误；任何工业生产都要考虑环保。 (3)合成氨工业温度选择500 ℃左右，主要是为了提高NH3的产率。(　　) 提示：错误；合成氨反应选择在500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大，且反应速率较大。 2.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)，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/℃ 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 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，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　　　　　　　　　　　　　。 (5)尾气中SO2必须回收，原因是　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)450 ℃、10 MPa (2)在此温度下，催化剂活性最高。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，SO2的转化率会降低 (3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5％)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本 (4)增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率 (5)防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可) 选择工业合成适宜条件的原则 1.考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。 2.考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 3.选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。 4.选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 1.已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是(　　) ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出NH3；⑥补充N2或H2；⑦加催化剂 A.①③④⑤⑦ B.②④⑥ C.仅②⑥ D.②③⑥⑦ 答案：C 解析：合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，该反应的特点为正反应放热且气体分子数减小；据此分析。①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，NH3的产率减小，①不可采取；②加压，反应速率加快，平衡正向移动，NH3的产率增大，②可采取；③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，NH3的产率减小，③不可采取；④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，NH3的产率增大，④不可采取；⑤及时从平衡混合气中分离出NH3，反应速率减慢，平衡正向移动，NH3的产率增大，⑤不可采取；⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，NH3的产率增大，⑥可采取；⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，NH3的产率不变，⑦不可采取。 2.合成氨工业采用循环操作的主要目的是(　　) A.增大氮气和氢气的浓度 B.节省能量，有利于气态氨的冷却 C.提高氮气和氢气的利用率 D.提高平衡混合物中NH3的百分含量 答案：C 解析：合成氨工业中，如果只让N2和H2的混合气体通过一次合成塔发生反应，反应物的利用率较低，很不经济，所以应将NH3分离后的原料气循环使用，故合成氨工业采用循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用率；答案选C。 3.在N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0的平衡体系中，当分离出NH3时，下列说法正确的是(　　) A．改变条件后速率—时间图像如图 B．此过程中Q>K C．平衡体系中NH3的含量增大 D．N2的转化率增大 答案：D 解析：当分离出NH3时，Q<K，v正>v逆，使平衡向正反应方向移动，N2的转化率增大，但体系中NH3的含量减小，故选D。 4.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气体中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH＜0。 (1)必须除去原料气中CO的原因为　　　　　　　　　　　　　。 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的生产适宜条件应是　　　　　　　　　　　　。 (3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的生产适宜条件应是　　　　　　　　　　　 　　　。 答案：(1)防止合成塔中的催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 解析：(1)用氢气和氮气合成氨气，需要在高温、高压、催化剂条件下进行，而CO如果不除去的话，会造成催化剂中毒。(2)要使生产适宜，即控制条件让反应正向移动，该反应为放热反应，且气体化学计量数之和减小，故低温、高压使平衡正向移动，即适宜条件为低温、高压。(3)要实现醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，该反应为放热反应，且气体化学计量数之和减小，故高温、低压使平衡逆向移动，即适宜条件为高温、低压。 课时测评15　化学反应的调控 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－8题，每小题5分，共40分) 题点一　合成氨条件的选择 1.下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是(　　) A.合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B.合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C.增大N2浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率 D.合成氨选择100～300 MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率 答案：A 解析：由于氨易液化，采用迅速冷却的方法将氨液化，使平衡正移，提高原料转化率，故A正确；合成氨的反应是放热反应，升高温度可以加快反应速率，但不利于平衡向合成氨的方向移动，故B错误；增大N2浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数未改变，故C错误；合成氨的反应是气体分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，提高转化率，且能提高正反应速率，但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求就越高，故D错误。 2.下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A.①②③ B.①③⑤ C.②④⑤ D.②③④ 答案：C 解析：工业合成氨的化学方程式为N2＋3H22NH3，反应是可逆反应，是气体体积减小的放热反应。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有增大压强，平衡向体积减小的方向移动，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向移动，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为C。 3.合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol。最近，吉林大学与韩国、加拿大科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达82.5％。下列说法正确的是(　　) A.该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁作催化剂 B.采用该方案生产氨气，活化能和ΔH均减小 C.该方案氨的含量高，与反应温度较低有关 D.为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率 答案：C 解析：由循环图看出，铁是合成氨的催化剂，但催化剂不影响平衡移动，A错误；使用催化剂能降低活化能，但不改变反应的ΔH，B错误；合成氨是放热反应，较低的反应温度有利于提高氮气的转化率及氨气的产率，C正确；合成氨是放热反应，温度过高会影响氨气的产率，D错误。 题点二　化学反应的调控 4.工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应(g)(g)＋H2(g)　ΔH＜0。针对上述反应，在其它条件不变时，下列说法正确的是(　　) A.加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量 B.仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件 C.加入乙苯至反应达到平衡过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增大 D.在保持体积一定的条件下，充入较多的乙苯，可以提高乙苯的转化率 答案：B 解析：催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，加入催化剂，不能提高苯乙烯的产量，故A错误；反应后气体的物质的量增大，在恒容条件下，容器中气体的压强不断增大，不利于平衡正向移动，因此工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件，故B正确；加入乙苯至反应达到平衡过程中，气体的总质量不变，但物质的量逐渐增大，则混合气体的平均相对分子质量不断减小，故C错误；在保持体积一定的条件下，充入较多的乙苯，相当于在原来的基础上增大压强，则平衡逆向移动，乙苯的转化率减小，故D错误。 5.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。有关反应2SO2＋O22SO3的说法中不正确的是(　　) A.实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率 B.实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C.在生产中，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催化剂的活性最高 答案：B 解析：二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，SO2和O2不能反应完，因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率，A正确；压强过大，设备可能无法承受，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；通入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C正确；实际生产中，温度为400～500 ℃时，催化剂的活性最高，因此400～500 ℃作为操作温度，D正确；故答案选B。 6.工业上可在高纯氨气下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，原理可表示为 LiH(s) ＋ NH3(g)LiNH2(s) ＋ H2(g)。如图表示在不同氨气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(氨气压力要小)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 答案：B 解析：由图可知压强0.2 MPa时目标产物LiNH2的相对纯度最高96％，不满足接近98％；压强0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa条件下达到98％的相对纯度所需球磨时间均在2 h左右，但压强越大对设备的要求越高，因此选压强0.3 MPa更合理。 7．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH。下表列出了恒容刚性容器中，在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是(　　) 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 99.7 500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．为了增大SO2的转化率，可以控制SO2与O2的投料比大于2 B．在达到平衡时充入He增大压强，不能增大SO2转化率 C．该反应的正反应方向是放热反应 D．在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳 答案：A 解析：增加一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，故控制二氧化硫和氧气的投料比小于2，可以增大二氧化硫的转化率，A符合题意；反应容器为恒容刚性容器，充入与反应无关的气体，反应相关各气体的浓度不变，SO2转化率不变，B不符合题意；由题表知：相同压强时，温度高时二氧化硫的转化率小，则升温平衡左移，即该反应的正反应方向是放热反应，C不符合题意；结合选项C可知，高温不利于三氧化硫生成，在实际生产中，考虑到综合经济效益，选定的温度为400～500 ℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，D不符合题意。 8.煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A.上述正反应为放热反应 B.在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆 C.在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 D.工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K，主要是因为前者碳的转化率高 答案：C 解析：升高温度，碳的平衡转化率增大，则平衡正向移动，上述正反应为吸热反应，A不正确；在4 MPa、1 200 K时，图中X点未达平衡，碳的转化率应不断升高，直至达到平衡，所以v(H2)正＞v(H2)逆，B不正确；在5 MPa、800 K时，碳的平衡转化率为50％，则平衡时H2的物质的量为a mol，CH4的物质的量为0.5a mol，该反应的平衡常数为＝，C正确；从图中可以看出，从6 MPa、1 000 K到10 MPa、1 000 K，碳的平衡转化率增大，但幅度不大，而消耗的动力增加、对设备的要求提高，经济上不合算，所以工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K，D不正确。 9．(20分)(2025·北京东城高二上期末)利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇。 (1)合成原理： CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) 　ΔH1＝－48.97 kJ·mol-1。 ①该反应的平衡常数表达式：K＝________。 ②为提高H2的平衡转化率，可采取的措施有________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(写两条)。 (2)在一定温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为1 L的恒容密闭容器中合成甲醇，下列叙述能说明上述反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。 a．甲醇的质量不再增加 b．n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 c．混合气体密度不变 d．若使用C18O2为反应物，反应物和产物均含有18O (3)相同时间内，4.00 MPa，n(CO2)∶n(H2)＝1∶3条件下，温度对反应结果的影响如图所示： 已知：ⅰ.X(CO2)为CO2转化率，S(CH3OH)为CH3OH选择性，y(CH3OH)为CH3OH产率。 ⅱ.S(CH3OH)＝×100%； y(CH3OH)＝×100% ①由图像可知，合成甲醇过程中存在副反应。依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②根据信息，在其他条件一定情况下，制备甲醇宜选用的反应条件：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)①　②适当增大压强、降温(合理即可) (2)a (3)①高于240 ℃时，CO2转化率升高，但甲醇产率或选择性降低　②240 ℃ 解析：(1)①在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值称为化学平衡常数，即K＝；②该反应的正反应为放热反应，且为气体体积减小的反应，因此降温和增大压强都可以使平衡正向移动，H2的平衡转化率增大，另外增大投料比n(CO2)∶n(H2)也能增大H2的平衡转化率；(2)CH3OH的质量不再增加说明各组分浓度不再改变，可以判断反应达到平衡状态，a符合题意；投料比为n(CO2)∶n(H2)＝1∶3反应时，CO2与H2按照系数比1∶3消耗，因此剩余的n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，为定值，因此当n(CO2)∶n(H2)＝1∶3时不能判断反应达到平衡状态，b不符合题意；混合气体的密度ρ＝，体系中都是气体，根据质量守恒定律，m不变，体积为1 L不变，因此ρ为定值，不能判断反应达到平衡状态，c不符合题意；该反应为可逆反应，因此使用C18O2时反应物和产物中都有18O，不能判断反应达到平衡状态，d不符合题意；(3)①由图像可知，高于240 ℃时，CO2转化率升高，但甲醇产率或选择性降低，因此合成甲醇过程中存在副反应；②由图像可知，240 ℃时甲醇的选择性、甲醇的产率都较高，CO2转化率也较高，因此制备甲醇宜选用的反应条件为240 ℃。 学科网（北京）股份有限公司 $