2.4 化学反应的调控(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册学生用书（人教版）

第四节　化学反应的调控 【新课探究】 学习任务 课前自主预习 2.可逆　减小　<　<　能 3.(1)升高　增大　增大　使用催化剂　(2)降低　增大　增大 [问题思考] (1)提示:不是。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,对材料的强度和设备的制造要求越高,这将会大大增加生产投资,一般采用的压强为10 MPa~30 MPa。 (2)提示:温度降低会使反应速率减小,达到平衡所需的时间变长,这在工业生产中是很不经济的。另外,合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右最大。 (3)提示:为了加快反应速率,采用以铁为主体的多成分催化剂。 知识迁移应用 例1　B　[解析] 工业合成氨选择400~500 ℃主要是铁触媒催化剂在该温度范围内活性最好,利于加快反应速率,而非促进平衡正向移动(高温不利于放热反应的正向进行),A错误;循环利用未转化的合成气,可提高原料的利用率,使反应物的转化率提高,B正确;直接将空气与氢气混合通入反应炉,空气中的氧气会与氢气混合,易发生爆炸,且空气中含有其他杂质气体,会使催化剂中毒,C错误;及时分离氨气可减少产物浓度,促进平衡正向移动,反应物、生成物浓度均会降低,反应速率降低,D错误。 例2　B　[解析] 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为可逆反应,未参与反应的SO2可循环利用,A错误;由表知,在相同压强下,升高温度,SO2的平衡转化率减小,则2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为放热反应,B正确;吸收塔中98.3%H2SO4是为了吸收SO3,不体现强氧化性,C错误;450 ℃时,0.1 MPa和10 MPa两条件下SO2的平衡转化率相差不大,但10 MPa压强大,对动力和设备要求高,则实际生产中,接触室中应采用温度450 ℃,压强0.1 MPa的生产条件,D错误。 【课堂评价】 1.(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× [解析] (1)工业合成氨的反应是放热反应,熵变小于零,因此高温不能自发进行。 (2)从合成塔出来的混合气体中,NH3只占15%,说明经过液化后氨气的体积分数比较小,不能说明氨的产率很低。 (4)铁触媒作催化剂可加快反应速率,但不能改变化学平衡移动方向和转化率。 (5)反应需在300 ℃下进行,不能决定该反应是放热反应还是吸热反应。 2.C　[解析] ①净化干燥的目的是去除原料气中的杂质,防止催化剂中毒,保证反应正常进行,不影响化学平衡,无法提高原料平衡转化率;②加压:合成氨反应为气体分子数减少的反应 (N2+3H22NH3),增大压强平衡正向移动,可提高原料转化率;③催化反应中,催化剂只加快反应速率,不影响平衡,500 ℃高温因正反应放热,反而会使平衡逆向移动,降低转化率,故③不能提高原料的平衡转化率;④液化分离NH3,减小生成物浓度,平衡正向移动,可提高原料的转化率;⑤N2和H2再循环,让未反应原料重新参与反应,可提高原料总转化率;综上所述,符合题意的为②④⑤,故选C。 3.(1)N2、H2　循环利用N2、H2,提高原料的利用率 (2)AD　(3)①0.08 mol·L-1·min-1　75%　②<　③否　> [解析] (1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为可逆反应,氮气、氢气不能完全转化为氨气,冷凝器中氨气液化,分离出液氨后剩余原料气N2、H2循环利用,有利于提高原料的利用率,X的主要成分是N2、H2。 (2)合成氨反应放热,降低温度,平衡正向移动;合成氨反应的气体化学计量数之和减小,增大压强,平衡正向移动;催化剂对平衡无影响,有利于提高合成氨平衡产率的条件为低温、高压。 (3)T ℃时,若在容积为2 L的恒容密闭容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g),5 min后达到平衡,测得N2的浓度为0.2 mol·L-1,则此段时间内消耗0.4 mol N2,根据反应方程式可知,反应消耗1.2 mol H2,生成0.8 mol NH3。 ①反应速率v(NH3)==0.08 mol·L-1·min-1,H2的转化率为×100%=75%。 ②已知300 ℃时K=0.86, (3)中KT==100,正反应放热,温度越高平衡常数越小,则反应温度T<300。 ③若向平衡后的体系中同时加入1.2 mol N2、1.6 mol H2、1.2 mol NH3,Q==1.25<KT=100,该反应没有达到平衡状态,反应正向进行,此时v正>v逆。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节　化学反应的调控 ◆ 学习任务　化学反应的调控 【课前自主预习】 合成氨反应条件的原理分析 1.反应原理 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 2.反应特点 3.影响因素 (1)增大合成氨反应速率的措施:　　　温度、　　　　压强、　　　反应物浓度、　等。  (2)提高平衡混合气体中氨含量的措施:  温度、　　　　压强、　　　　反应物浓度等。  [问题思考] (1)既然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? (2)合成氨采用低温时可提高平衡转化率,但为何未采用更低的温度? (3)在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢? 【核心知识讲解】 1.化学反应调控的实例——工业合成氨 (1)反应条件的选择 反应 条件 对化学反应 速率的影响 对平衡混合物中氨含量的影响 合成氨条 件的选择 增大 压强 增大反应速率 平衡正向移动,平衡混合物中氨的含量提高 压强增大,有利于氨的合成,但需要动力大,对材料、设备的要求高,故采用10 MPa~30 MPa的高压 升高 温度 增大反应速率 平衡逆向移动,平衡混合物中氨的含量降低 温度要适宜,既要保证反应有较快的速率,又要使反应物的转化率不能太低,故采用400~500 ℃的温度,并且在该温度下催化剂的活性最大 使用 催化剂 增大反应速率 没有影响 工业上一般选用铁触媒作催化剂(以铁为主体的多成分催化剂) (2)综上,工业上通常采用铁触媒、在400~500 ℃和10 MPa~30 MPa的条件下合成氨。 (3)采用迅速冷却的方法,使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去,以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。 (4)原料气的充分利用 合成氨反应的转化率较低,从原料充分利用的角度分析,工业生产中可将NH3分离后的原料气循环使用,以提高原料的利用率。 【知识迁移应用】 例1 [2026·湖北襄阳一中等校高二月考] 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。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,可以提高反应物的转化率 C.由于N2在空气中含量高,因此可以直接将空气与氢气混合通入反应炉 D.将生成的氨气及时液化分离,可促进平衡正向移动,加快反应速率 例2 [2025·广东广州八十九中高二月考] 工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是 (　) 温度/℃ 不同压强下接触室中SO2的平衡转化率/% 0.1 MPa 10 MPa 450 97.5 99.7 550 85.6 97.7 工艺流程 A.循环利用的物质是SO3 B.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为放热反应 C.吸收塔中98.3%H2SO4表现强氧化性 D.实际生产中,接触室中应采用温度450 ℃,压强10 MPa的生产条件 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (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 (　) (2)从合成塔出来的混合气体中,NH3只占15%,所以氨的产率很低 (　) (3)氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率很高 (　) (4)铁触媒作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 (　) (5)在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g),该反应需在300 ℃下进行,可推测该反应是吸热反应 (　) 2.[2026·湖北武汉二中高二月考] 哈伯工业合成氨的流程如图所示,为提高原料平衡转化率采取的措施是 (　) A.①②③④⑤ B.②③④⑤ C.②④⑤ D.②③④ 3.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。合成氨的简要流程和反应方程式如下: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0 (1)图中X的主要成分是　　　　　　,这样操作的目的是　 。  (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件为　　　　　　　。  A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂 (3)T ℃时,若在容积为2 L的恒容密闭容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g),5 min后达到平衡,测得N2的浓度为0.2 mol·L-1。 ①计算此段时间的反应速率v(NH3)=　　　　　　　　　　,H2的转化率为　　　　。  ②已知300 ℃时K=0.86,则(3)中的反应温度T　　　　(填“>”“<”或“=”)300。  ③若向平衡后的体系中同时加入1.2 mol N2、1.6 mol H2、1.2 mol NH3,该反应是否处于平衡状态?　　　　(填“是”或“否”),此时v正　　　(填“>”或“<”或“=”)v逆。  学科网（北京）股份有限公司 $