高二化学（人教版）教学课件 选择性必修一 第二章 第四节 化学反应的调控

第四节化学反应的调控学习目标重点难点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。重点合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控难点形成多角度调控反应的思路新知探究(一)

合成氨反应条件的

原理分析新知探究(二)工业合成氨的适宜

条件课时跟踪检测目录新知探究(一)

合成氨反应条件的

原理分析1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。2.反应特点减小3.原理分析从增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量角度分析(填写表格)条件提高反应速率提高平衡转化率压强

压强

压强温度升高温度

温度催化剂使用无影响浓度

反应物浓度增大反应物浓度增大增大降低增大[题点多维训练]√1.下列有关合成氨工业的说法正确的是(

)A.N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行解析:A项，在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH-TΔS<0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH<0、ΔS<0，故在常温条件下该反应能自发进行。√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: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，不能使化学平衡发生移动；施加高压既能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。3.在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有(

)①增大体积使压强减小

②减小体积使压强增大③升高温度④降低温度

⑤恒温恒容，再充入N2和H2⑥恒温恒压，再充入N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3

⑧使用催化剂A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧C.②⑤ D.②③⑤⑧解析:根据题目要求，既要满足增大速率，又要满足使化学平衡向右移动。从反应速率角度分析，①④⑦三种条件下化学反应速率降低；⑥条件下化学反应速率不变；②③⑤⑧条件下化学反应速率增高。从平衡移动角度分析:①③条件下化学平衡向左移动；②④⑤⑦条件下化学平衡向右移动；⑥⑧条件下化学平衡不移动。√新知探究(二)工业合成氨的

适宜条件1.合成氨工业中生产条件的选择压强理论和实验数据的分析均表明，合成氨时压强增大可以同时提高反应速率和转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为10MPa~30MPa温度温度升高有利于提高反应速率，温度降低有利于提高反应转化率。因此，需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为400~500℃催化剂加入催化剂可以加快反应速率，对化学平衡无影响，一般选择铁触媒作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500℃左右时活性最大，这也是温度选择的原因之一。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化浓度为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液态氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充氢气和氮气，使反应物保持一定的浓度2.合成氨生产流程示意图3.化学反应的调控影响化学反应进行的因素有两个方面:参加反应的物质本身因素(组成、结构、性质等)和外部条件(温度、压强、浓度、催化剂等)。化学反应的调控，就是通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中，要综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。应用化学工业上以黄铁矿(FeS2)为原料生产硫酸的工艺流程如图:A为沸腾炉，反应为4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2；B为接触室，反应为2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

ΔH=-196.6

kJ·mol-1；C为吸收塔，反应为SO3+H2O⇌H2SO4。接触室中利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中最关键的步骤。下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况。1.从理论上分析，为了使反应物的转化率尽可能大，在温度和压强方面如何选择?温度不同压强下SO2的转化率/%1×105

Pa5×105

Pa1×106

Pa5×106

Pa1×107

Pa450

℃97.598.999.299.699.7550

℃85.692.994.997.798.3提示:低温高压。2.在实际工业生产中通常选择的温度是450℃，理由是什么?提示:该反应是放热反应，升高温度，反应物转化率降低，在450

℃时反应物转化率较高。3.在实际工业生产中通常选择的压强是多少?理由是什么?提示:1×105

Pa。常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但对设备及动力的要求更高。4.在合成SO3的过程中，解释不需要分离出SO3的原因。提示:SO2的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少，故不需要分离出SO3。5.生产中通入过量空气的目的是什么?提示:增大O2浓度，提高SO2的转化率。[题点多维训练]√题点(一)

合成氨条件的选择1.(2025·重庆期中检测)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

ΔH=-92kJ·mol-1

ΔS=-198.2J·mol-1·K-1，下列有关化学反应调控说法错误的是(

)A.合成氨气，理论上选用低温、高压的条件进行控制，有利于提高合成氨的产率B.该反应在常温下可以自发进行C.将生成的NH3进行液化，有助于提高反应速率D.结合生产实际，可以适当提高原料气体中N2的含量解析:反应正向气体分子数减小，增大压强，有利于平衡正向移动，合成氨的产率提高，正向放热，降低温度，有利于平衡正向移动，合成氨的产率提高，故A正确；反应正向气体分子数减小，ΔS<0，ΔH<0，低温时反应自发，故B正确；将生成的NH3进行液化，平衡正向移动，反应物浓度减小，反应速率减小，故C错误；适当提高原料气体中N2的含量，有利于平衡正向移动，可以提高氢气转化率，故D正确。√2.下列所示是哈伯法制氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(

)A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④解析:②④⑤操作均有利于化学平衡向合成氨的方向移动，提高转化率。题点(二)

化学反应的调控3.下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是(

)A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强D.合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作√解析:反应2SO2+O2

⇌2SO3，通入过量的空气，反应正向进行，SO2的转化率提高，A项正确；高炉炼铁过程中发生反应:Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)，达到平衡后，增加高炉的高度不能降低炼铁尾气中CO的含量，B项错误；工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强，若压强过大，不仅会增大能源消耗，还会增大动力消耗，对设备的要求也高，C项正确；工业合成氨是可逆反应，原料不能完全转化为产物，采用氮气和氢气循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用率，D项正确。√4.(2025·南宁高二检测)在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇的反应如下:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3CH2OH(g)+3H2O(g)，下列叙述错误的是(

)A.使用催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率解析:使用催化剂可加快反应速率，能大大提高生产效率，故A正确；如煤的燃烧放热，但需要加热，反应加热与反应放热还是吸热没有直接的关系，故B错误；充入大量CO2气体平衡会正向移动，所以可提高H2的转化率，故C正确；从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O会使平衡正向移动，所以可提高CO2和H2的利用率，故D正确。|归纳拓展|化工生产适宜条件选择的分析角度分析角度原则要求从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压的能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制课时跟踪检测123456789101113√12一、选择题1.根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是(

)A.研制耐高压的合成塔B.采用超大规模的工业生产C.研制耐低温复合催化剂D.探索不用H2和N2合成氨的新途径解析:现在合成氨工业主要选择高温、高压、铁催化剂，条件较为苛刻，研制耐低温复合催化剂是最有前途的研究方向。1514√124567891011121332.贮氢技术是氢气作燃料的一大难题。有报道称镧(La)—镍(Ni)合金材料LaNi4有较大贮氢容量，其原理为LaNi4(s)+3H2(g)⇌LaNi4H6(s)

ΔH=-31.8kJ·mol-1。下列条件有利于该合金贮氢的是(

)A.高温、低压 B.低温、高压C.高温、高压 D.低温、低压解析:LaNi4(s)+3H2(g)⇌LaNi4H6(s)反应放热，故降低温度利于平衡正向移动；该反应为气体体积减小的可逆反应，故增大压强平衡正向移动。1514√124567891011121333.(2025·肇庆市高二期中)合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述中，不正确的是(

)A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率C.工业生产采用500℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率解析:合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500

℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。1514√124567891011121334.水煤气的主要成分为CO和H2，工业上常利用CH4和H2O在催化剂和一定条件下来制备水煤气，原理为CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)

ΔH>0。下列条件中最适宜工业生产水煤气的是(

)A.温度为25℃，压强为50kPa B.温度为25℃，压强为101kPaC.温度为500℃，压强为1000kPa D.温度为800℃，压强为250kPa解析:对于反应CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)

ΔH>0，反应物气体的物质的量小于生成物气体的物质的量之和，则增大压强，平衡逆向移动，正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则工业生产水煤气，可在高温下进行，排除A、B；C、D相比较，D压强较小，有利于平衡正向移动。1514√124567891011121335.某工厂的一种无害化处理反应为6NO+4NH3⇌5N2+6H2O。下列关于该反应的说法正确的是(

)A.增大反应物浓度能减慢反应速率B.降低温度能加快反应速率C.使用催化剂能加快反应速率D.NO与NH3能100%转化为产物解析:增大反应物浓度，反应速率增大，A错误；降低温度，反应速率减小，B错误；使用催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，C正确；可逆反应不能100%转化为产物，所以NO与NH3不能100%转化为产物，D错误。1514√124567891011121336.合成氨所需要的H2可由煤和水反应制得:(1)H2O(g)+C(s)⇌CO(g)+H2(g)

ΔH>0(2)CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

ΔH<0工业生产中，欲提高CO的转化率，所采用的下列措施正确的最佳组合是(

)①降低温度②增大压强③使用催化剂

④增大CO浓度⑤增大H2O(g)的浓度A.①⑤

B.②③

C.②④⑤ D.③⑤解析:反应(2)为体积不变的放热反应，降温和增大水蒸气的浓度均可使平衡右移，提高CO的转化率。1514√124567891012111337.(2025·柳州高二月考)用于净化汽车尾气的反应:2NO(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+N2(g)，已知常温下该反应速率极慢，570K时平衡常数为1×1059。下列说法正确的是(

)A.该反应在常温下进行不需要催化剂B.提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂C.装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或COD.570K时该反应正向进行的程度很大，故使用催化剂并无实际意义151412456789101211133解析:常温下该反应速率极慢，故需要催化剂加快反应速率，A错误；研制高效催化剂可提高反应速率，解决该反应极慢的问题，有利于提高尾气净化的效率，B正确；净化汽车尾气的反应为可逆反应，可逆反应不可能完全进行，则尾气中的一氧化氮和一氧化碳不能完全转化，排出的气体中一定含有一氧化氮和一氧化碳，C错误；使用催化剂不影响平衡的移动，但能够加快反应速率，则使用催化剂具有很大的实际意义，D错误。1514√124567891011121338.(2025·吉林高二期中)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=-196.6kJ·mol-1。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。下列有关判断错误的是(

)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℃、10MPaB.在实际生产中，通入过量的空气，原因是增大O2浓度，SO2和O2的转化率均会提高C.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，达平衡时间变长，温度较高，SO2的转化率会降低，该温度下催化剂活性最佳D.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，压强过大对设备要求过高温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3151412456789101112133解析:450

℃、10

MPa时，二氧化硫的转化率较高，则为了使二氧化硫尽可能多转化为三氧化硫，应选择的条件是450

℃、10

MPa，故A正确；通入过量的空气，增大O2浓度，平衡正移，SO2的转化率增大，O2的转化率会减小，故B错误；该反应为放热反应，温度较低会使反应速率减小，则温度较高，SO2的转化率会降低，在温度为400~500

℃时，催化剂活性最佳，故在实际生产中，选定的温度为400~500

℃，故C正确；常压下二氧化硫的平衡转化率已经很高，虽然高压有利于提高原料的利用率，但高压对设备和动力的要求提高，成本增加，从经济效益考虑，常压对生产更有利，故D正确。1514√124567891011121339.目前空间站处理CO2废气涉及的反应为CO2+4H2

CH4+2H2O，下列关于该反应的说法错误的是(

)A.钌催化剂能加快该反应的速率B.升高温度能加快该反应的速率C.达到平衡时，CO2能100%转化为CH4D.达到平衡时，反应速率:v(正)=v(逆)>0解析:催化剂通过降低反应活化能加快该反应的速率，所以钌催化剂能加快该反应的速率，故A正确；升高温度能加快该反应的速率，故B正确；该反应是可逆反应，达到平衡时，CO2不能100%转化为CH4，故C错误；化学平衡是动态平衡，当反应达到化学平衡时，v(正)=v(逆)>0，故D正确。151412456789101112133√10.(2025·济宁高二期末)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理以除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]++CO+NH3⇌[Cu(NH3)3CO]+

ΔH<0，所得溶液经过处理可使铜氨液再生，重复利用。以下说法正确的是(

)A.高温、低压条件有利于铜氨液再生B.除CO的反应在任何温度下都能自发进行C.合成塔使用热交换控制体系控制温度在400~500℃左右，主要目的是使合成氨反应平衡正向移动D.合成氨过程中的加压、加催化剂都有利于提高原料的平衡转化率151412456789101112133解析:铜氨液再生，化学平衡向逆反应方向移动；由于该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，升高温度或减小压强均可使平衡逆向移动，故A正确。反应的ΔH<0，反应后气体分子数减少，ΔS<0，根据体系的自由能ΔG=ΔH-TΔS，只有在低温时，反应才能自发进行，故B错误。该反应的正反应是放热反应，要使平衡正向移动，应该采用低温条件；合成塔使用热交换控制体系控制温度在400~500

℃左右，主要目的是使催化剂铁触媒的活性达到最佳状态，故C错误。使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但是不能使平衡移动，故使用催化剂无法提高原料的平衡转化率，故D错误。15141245678910111213311.纳米钴(Co)常用于CO加氢反应的催化剂:CO(g)+3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g)

ΔH<0。下列有关说法正确的是(

)A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大C.温度越低，越有利于CO催化加氢D.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正、逆反应速率解析:应用纳米技术能够提高催化剂的催化性能，但不能改变化学平衡，A错误；缩小容器体积，平衡正向移动，但由勒夏特列原理可知CO的浓度增大，B正确；催化剂的活性受温度影响，降温可能导致催化剂活性下降，不利于CO的催化加氢，C错误；降低生成物浓度，达到新的平衡，浓度下降，正、逆反应速率比原平衡慢，D错误。√151412124567891011133√12.(2025·天津期中检测)吉林大学科研人员合作研究得出基于机械化学(“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(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%。已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1。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做催化剂B.采用该方案生产氨气，活化能和ΔH均减小C.该方案提高了氨的平衡体积分数，与反应温度较低有关D.为了提高氢气的平衡转化率和反应速率，应尽量采取较高温度解析:使用催化剂，平衡不移动，氨气的含量不变，故A错误；使用催化剂，可以降低反应所需的活化能，但是反应焓变不变，故B错误；反应放热，温度低，有利于平衡正向移动，氨的平衡体积分数提高，故C正确；温度升高，反应速率加快，平衡逆向移动，氢气平衡转化率减小，故D错误。15141245678910111213313.某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应:2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)

ΔH<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。下列说法正确的是(

)①两种催化剂均能降低反应的活化能，但ΔH均不变

②相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响

③曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右

④a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率

⑤若低于200℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高变化不大的主要原因是催化剂的活性不高A.①②③

B.①③④ C.②③④ D.①③⑤√151412456789101112133解析:①催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的ΔH，正确；②该反应为气体分子数减小的反应，改变压强平衡发生移动，则改变压强对脱氮率有影响，错误；③由图可知，曲线Ⅱ中450

℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450

℃左右，正确；④因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450

℃下的脱氮率，错误；⑤催化剂的活性受温度的影响，则低于200

℃时，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高变化不大的主要原因是催化剂的活性不高，正确。15141245678910111213314.在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)

ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(

)A.ΔH1<0，ΔH2>0B.增大压强有利于加快合成反应的速率C.选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生D.生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率14√1512456789101112133解析:根据图示，升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH

(g)+H2O(g)

向逆反应方向移动，ΔH1<0，升高温度CO的