2.4 化学反应的调控 同步学案（含答案）2025-2026学年高二化学人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.4 化学反应的调控 同步学案（含答案）2025-2026学年高二化学人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 39.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-07-14 11:13:39 | ||
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文档简介
第四节 化学反应的调控
学习目标
认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
活动方案
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol
1. 原理分析。
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？请填下表。
对合成氨的影响 影响因素
温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
综合速率、平衡影响因素
2. 数据分析。
不同条件下，合成氨反应达到化学平衡状态时反应混合物中NH3的体积分数(%)[V(N2)∶V(H2)＝1∶3]。
温度/℃ NH3的体积分数(%)
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 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
(1) 合成氨反应为体积减小的反应，实际生产中，目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa，其原因是什么？
(2) 合成氨正反应为放热反应，低温有利于提高反应物的转化率，但实际工业生产中选定实际温度为 400～500 ℃，工业上如此选择的原因是什么？
(3) 有些杂质能使催化剂中毒(因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程)，工业生产中如何防止催化剂中毒？
(4) 即使在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中氨的体积分数也只有26.4%，在不改变反应物的浓度、温度和压强的前提下，为提高原料的利用率，工业上可如何解决这一问题？
硫酸工业中第二步反应的方程式为2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ/mol。
工业生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%。压强及温度对SO2转化率的影响如下：
温度/℃ SO2转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa
400 99.2 99.6 99.7 99.9
500 93.5 96.9 97.8 99.3
600 73.7 85.8 89.5 96.4
利用表中数据分析回答下列问题。
1. 硫酸工业采取常压，你认为硫酸工业采取常压的原因是什么？
2. 实际工业生产中选定实际温度为400～500 ℃，工业上如此选择的原因是什么？
3. 生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%，工业上让原料气中氧气适当过量，其目的是什么？
4. 尾气中的SO2必须回收，原因是什么？可以用什么物质吸收尾气中的SO2
1. 合成氨所需H2可由煤和水反应制得，其中一步反应为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0，欲提高CO的转化率可采用的措施是( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气浓度
A. ①②③ B. ④⑤
C. ①⑤ D. 只有⑤
2. 合成氨工业上采用循环操作主要是因为( )
A. 增大反应速率 B. 能提高NH3的平衡浓度
C. 降低NH3的沸点 D. 提高N2和H2的利用率
3. 现有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH＜0，为了提高甲醇的产量，应采取的正确措施是( )
A. 高温、高压 B. 适宜的温度、高压、催化剂
C. 低温、低压 D. 高温、高压、催化剂
4. 工业上由SO2为原料通过催化氧化法制取SO3的过程中，下列措施能提高SO2平衡转化率的是( )
A. 使用催化剂
B. 鼓入过量的空气
C. 采用450 ℃的高温
D. 采用常压
5. [鲁科版教材习题]煤的液化是获得洁净燃料的一种形式，主要是将煤转化成乙醇(C2H5OH)。有人设想先用煤与水蒸气反应生成CO，再通过下面的反应实现煤的液化：
2CO(g)＋4H2(g) C2H5OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－1 709.2 kJ/mol
你认为若要利用这个反应进行工业化生产，应采取哪些措施？
6. 钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)＋K(g) ΔH＞0。该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表。
压强/kPa 13.33 53.32 101.3
K的沸点/ ℃ 590 710 770
Na的沸点/ ℃ 700 830 890
NaCl的沸点/ ℃ 1 437
KCl的沸点/℃ 1 465
(1) 在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。
(2) 制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施有：__________
_____________________。
(3) 常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为K＝________。
第四节 化学反应的调控
【活动方案】
活动一：
1 升高温度 增大压强 使用催化剂
降低温度 增大压强 催化剂不改变平衡混合物组成
适宜温度 增大压强 使用催化剂
2 (1) 合成氨时压强越大越好，但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
(2) 选择相对较高的温度会使化学反应速率增大，达到平衡所需时间缩短，可以提高单位时间产量。铁触媒在500 ℃左右时活性最大，合成氨选择400～500 ℃进行也能大大增大反应速率。
(3) 原料气必须经过净化。
(4) 采取冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；并将氨分离后的原料气循环使用。
活动二：
1 常压下，SO2的转化率已经很高。
2 选择相对较高的温度会使化学反应速率增大，达到平衡所需时间缩短，可以提高单位时间产量。催化剂在400～500 ℃时活性最大，选择400～500 ℃进行也能大大增大反应速率。
3 可通过增加某些廉价的反应物(O2)浓度的方法来提高某些高成本反应物(SO2)的转化率。
4 SO2释放到空气中会污染空气、导致酸雨。可以用石灰乳、氨水等物质吸收。
【课堂反馈】
1 C 2 D 3 B 4 B
5 该反应为放热反应，高温下转化率降低，但低温下反应速率低，可以开发使用在低温下活性较高的催化剂，同时适当增大反应体系的压强。转化后，可将液态的乙醇、水分离出去，CO和H2循环使用。
6 (1) 770 ℃ 890 ℃
(2) 降低压强或移去钾蒸气、适当升高温度
(3)
学习目标
认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
活动方案
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol
1. 原理分析。
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？请填下表。
对合成氨的影响 影响因素
温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
综合速率、平衡影响因素
2. 数据分析。
不同条件下，合成氨反应达到化学平衡状态时反应混合物中NH3的体积分数(%)[V(N2)∶V(H2)＝1∶3]。
温度/℃ NH3的体积分数(%)
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 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
(1) 合成氨反应为体积减小的反应，实际生产中，目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa，其原因是什么？
(2) 合成氨正反应为放热反应，低温有利于提高反应物的转化率，但实际工业生产中选定实际温度为 400～500 ℃，工业上如此选择的原因是什么？
(3) 有些杂质能使催化剂中毒(因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程)，工业生产中如何防止催化剂中毒？
(4) 即使在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中氨的体积分数也只有26.4%，在不改变反应物的浓度、温度和压强的前提下，为提高原料的利用率，工业上可如何解决这一问题？
硫酸工业中第二步反应的方程式为2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ/mol。
工业生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%。压强及温度对SO2转化率的影响如下：
温度/℃ SO2转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa
400 99.2 99.6 99.7 99.9
500 93.5 96.9 97.8 99.3
600 73.7 85.8 89.5 96.4
利用表中数据分析回答下列问题。
1. 硫酸工业采取常压，你认为硫酸工业采取常压的原因是什么？
2. 实际工业生产中选定实际温度为400～500 ℃，工业上如此选择的原因是什么？
3. 生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%，工业上让原料气中氧气适当过量，其目的是什么？
4. 尾气中的SO2必须回收，原因是什么？可以用什么物质吸收尾气中的SO2
1. 合成氨所需H2可由煤和水反应制得，其中一步反应为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0，欲提高CO的转化率可采用的措施是( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气浓度
A. ①②③ B. ④⑤
C. ①⑤ D. 只有⑤
2. 合成氨工业上采用循环操作主要是因为( )
A. 增大反应速率 B. 能提高NH3的平衡浓度
C. 降低NH3的沸点 D. 提高N2和H2的利用率
3. 现有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH＜0，为了提高甲醇的产量，应采取的正确措施是( )
A. 高温、高压 B. 适宜的温度、高压、催化剂
C. 低温、低压 D. 高温、高压、催化剂
4. 工业上由SO2为原料通过催化氧化法制取SO3的过程中，下列措施能提高SO2平衡转化率的是( )
A. 使用催化剂
B. 鼓入过量的空气
C. 采用450 ℃的高温
D. 采用常压
5. [鲁科版教材习题]煤的液化是获得洁净燃料的一种形式，主要是将煤转化成乙醇(C2H5OH)。有人设想先用煤与水蒸气反应生成CO，再通过下面的反应实现煤的液化：
2CO(g)＋4H2(g) C2H5OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－1 709.2 kJ/mol
你认为若要利用这个反应进行工业化生产，应采取哪些措施？
6. 钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)＋K(g) ΔH＞0。该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表。
压强/kPa 13.33 53.32 101.3
K的沸点/ ℃ 590 710 770
Na的沸点/ ℃ 700 830 890
NaCl的沸点/ ℃ 1 437
KCl的沸点/℃ 1 465
(1) 在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。
(2) 制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施有：__________
_____________________。
(3) 常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为K＝________。
第四节 化学反应的调控
【活动方案】
活动一：
1 升高温度 增大压强 使用催化剂
降低温度 增大压强 催化剂不改变平衡混合物组成
适宜温度 增大压强 使用催化剂
2 (1) 合成氨时压强越大越好，但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
(2) 选择相对较高的温度会使化学反应速率增大，达到平衡所需时间缩短，可以提高单位时间产量。铁触媒在500 ℃左右时活性最大，合成氨选择400～500 ℃进行也能大大增大反应速率。
(3) 原料气必须经过净化。
(4) 采取冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；并将氨分离后的原料气循环使用。
活动二：
1 常压下，SO2的转化率已经很高。
2 选择相对较高的温度会使化学反应速率增大，达到平衡所需时间缩短，可以提高单位时间产量。催化剂在400～500 ℃时活性最大，选择400～500 ℃进行也能大大增大反应速率。
3 可通过增加某些廉价的反应物(O2)浓度的方法来提高某些高成本反应物(SO2)的转化率。
4 SO2释放到空气中会污染空气、导致酸雨。可以用石灰乳、氨水等物质吸收。
【课堂反馈】
1 C 2 D 3 B 4 B
5 该反应为放热反应，高温下转化率降低，但低温下反应速率低，可以开发使用在低温下活性较高的催化剂，同时适当增大反应体系的压强。转化后，可将液态的乙醇、水分离出去，CO和H2循环使用。
6 (1) 770 ℃ 890 ℃
(2) 降低压强或移去钾蒸气、适当升高温度
(3)