2.4 化学反应的调控 导学案 -2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

化学反应的调控 人教版（2019）高中化学选择性必修1《化学反应原理》第二章第四节 导学案 课时安排：1 课时 一、学习目标 1. 了解工业合成氨反应的特点，能从反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨条件。 2. 理解工业合成氨实际生产条件的选择依据，认识化学反应速率与化学平衡的综合调控在生产中的意义。 3. 初步形成从速率、平衡、成本、设备等多角度分析化工生产条件的思维模型。 4. 通过合成氨条件选择的讨论，体会化工生产中综合权衡的科学思想。 二、重难点 重点：从速率与平衡两个角度分析合成氨条件；工业合成氨实际生产条件的选择。 难点：速率与平衡条件矛盾时的综合权衡；形成多角度调控化学反应的思路。 三、课前知识回顾 1. 增大反应物浓度、升高温度、增大压强（对气体反应）、使用催化剂，都能________化学反应速率。 2. 对于可逆反应：升高温度，平衡向________反应方向移动；增大压强，平衡向气体分子数________的方向移动；减小生成物浓度，平衡向________反应方向移动。 3. 合成氨反应的化学方程式是：________________。 四、课前自主学习 活动一：认识合成氨反应的特点 1. 合成氨反应：N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)　ΔH < 0。 2. 反应特点：该反应是________热反应；正反应方向气体分子数________（填”增多“或”减少“）；正反应是气体体积________的反应。 3. 思考：工业合成氨的目标是又快又多地得到 NH3，需要同时考虑反应________和化学________两个方面。 活动二：从反应速率角度分析合成氨条件 从加快反应速率的角度，合成氨应选择的条件是： （1）温度：________温（填”高“或”低“）； （2）压强：________压（填”高“或”低“）； （3）使用________； （4）增大反应物浓度，及时________生成物。 活动三：从化学平衡角度分析合成氨条件 从提高平衡转化率（使平衡正向移动）的角度，合成氨应选择的条件是： （1）温度：________温（填”高“或”低“，因为正反应放热）； （2）压强：________压（填”高“或”低“，因为正反应气体分子数减少）； （3）及时________氨气（减小生成物浓度），并补充 N2 和 H2。 活动四：工业合成氨的实际生产条件 图1 合成氨反应速率与平衡条件的矛盾与折中 结合图 1，工业合成氨实际生产条件综合权衡如下： 条件 工业合成氨实际选择 压强 10～30 MPa（压强过髙对设备要求高、成本大） 温度 400～500 ℃（兼顾速率与催化剂活性，不是越低越好） 催化剂 铁触媒（提高反应速率，不改变平衡转化率） 浓度 及时液化分离出 NH3，原料气循环利用并补充 N2、H2 活动五：为什么不选择“理想条件”？ 1. 压强不是越高越好：压强越大，对材料强度和设备制造要求越高，动力成本越大，综合经济效益下降。 2. 温度不是越低越好：温度过低，反应速率太慢，达到平衡所需时间过长，生产效率低；且铁触媒在 400～500 ℃ 时活性最大。 3. 催化剂不能改变平衡转化率：催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使平衡发生移动。 活动六：化工生产条件选择的一般思路 调控化学反应的一般思路： （1）先分析反应特点（热效应、气体分子数变化等）； （2）分别从反应________和化学________两个角度推导理想条件； （3）再结合生产实际（设备、成本、催化剂活性、安全等）进行综合权衡； （4）最终选择既能保证一定反应速率、又能获得较高转化率的适宜条件。 五、合作探究 探究一：合成氨条件的选择 对于合成氨反应 N2 + 3H2 ⇌ 2NH3　ΔH < 0，下列说法正确的是（　） A. 升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡正向移动 B. 增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡正向移动 C. 使用催化剂，反应速率加快，平衡正向移动 D. 及时分离出氨，正反应速率随之增大 讨论：为什么工业上合成氨不采用 1000 ℃ 的高温？也不采用 100 MPa 的超高压？ 探究二：应用迁移 接触法制硫酸的关键反应：2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)　ΔH < 0。请结合本节思路回答： （1）从平衡角度，应选择高温还是低温？ （2）从速率角度，应选择高温还是低温？ （3）实际生产中通常选择 400～500 ℃ 并使用 V2O5 作催化剂，为什么？ 六、课堂小结 1. 合成氨反应特点：________热、气体分子数________。 2. 工业合成氨实际条件：压强________MPa，温度________℃，使用________作催化剂。 3. 调控化学反应需要综合考虑________速率、化学________、设备成本与催化剂活性等因素。 七、当堂检测 题目 1（单选）：合成氨反应 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)　ΔH < 0，下列条件的改变既能加快反应速率又能提高平衡转化率的是（　） A. 升高温度 B. 增大压强 C. 加入催化剂 D. 分离出 NH3 答案：B 解析：A 升温速率加快但平衡逆向移动，转化率降低；B 加压速率加快且平衡正向移动，转化率提高；C 催化剂只加快速率不改变平衡；D 分离 NH3 平衡正向移动但瞬间正反应速率减小。 题目 2（多选）：关于工业合成氨的生产条件，下列说法正确的是（　） A. 温度选择 400～500 ℃，主要是因为铁触媒在该温度下活性最大 B. 压强采用 10～30 MPa，而不是越高越好，是从设备成本和综合效益考虑 C. 及时将生成的氨液化分离，有利于平衡正向移动 D. 使用催化剂能提高反应物的平衡转化率 答案：A、B、C 解析：催化剂不改变平衡转化率，D 错；A、B、C 均符合工业合成氨实际条件选择依据。 题目 3（单选）：在密闭容器中发生合成氨反应，下列措施能使正反应速率先增大后减小的是（　） A. 及时分离出氨 B. 升高温度 C. 再充入一定量的 N2 和 H2 D. 扩大容器体积 答案：C 解析：充入 N2、H2 瞬间反应物浓度增大，正反应速率突增；随着反应进行反应物消耗，正反应速率又逐渐减小。A 分离氨瞬间正速率不变后逐渐减小；B 升温速率持续增大至新平衡；D 减压速率减小。 题目 4（单选）：工业上用氮气和氢气合成氨，实际生产中采取的下列措施与平衡移动原理无关的是（　） A. 合成塔中使用铁触媒 B. 不断将氨冷却液化分离 C. 将 N2 和 H2 按体积比 1:3 混合 D. 采用 10～30 MPa 的压强 答案：A 解析：铁触媒是催化剂，只影响速率不影响平衡，与平衡移动原理无关；B 减小生成物浓度、C 按计量数比投料、D 加压均涉及平衡移动。 题目 5（多选）：下列有关化工生产条件选择的说法，正确的是（　） A. 升高温度一定能提高生产效率 B. 增大压强不一定能提高平衡转化率 C. 选择生产条件时需要综合考虑速率、平衡、成本和设备等因素 D. 催化剂活性温度决定了反应温度的大致范围 答案：B、C、D 解析：A 错误，放热反应升温平衡逆向移动，转化率下降；B 正确，若反应前后气体分子数不变，加压平衡不移动；C、D 正确，符合化工生产综合权衡思路。 参考答案（填空题与选择题） 一、课前知识回顾 1. 加快 2. 吸热；减小；正 3. N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 二、活动一：认识合成氨反应的特点 2. 放；减少；减小 3. 速率；平衡 三、活动二：从反应速率角度分析合成氨条件 （1）高 （2）高 （3）催化剂 （4）移走（分离） 四、活动三：从化学平衡角度分析合成氨条件 （1）低 （2）高 （3）分离出（移走） 五、活动六：化工生产条件选择的一般思路 （2）速率；平衡 六、合作探究 探究一：B；不采用 1000 ℃ 是因为合成氨正反应放热，高温平衡逆向移动，转化率大幅下降，且对设备损耗大；不采用 100 MPa 超高压是因为压强过高对材料和设备要求苛刻，动力成本大，综合经济效益反而下降。 探究二：（1）低温有利于平衡正向移动；（2）高温有利于加快反应速率；（3）400～500 ℃ 是 V2O5 催化剂的活性温度，兼顾速率与平衡，且设备和成本可接受。 七、课堂小结 1. 放；减少 2. 10～30；400～500；铁触媒 3. 反应；平衡 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $