2019届高考化学一轮复习化学反应原理在物质制备中的调控作用学案(含解析)

第4课时核心价值——化学反应原理在物质制备中的调控作用(学科本质价值)化学反应原理在物质制备中的调控作用是高考命题的热点，要求考生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，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；要求考生结合生产实例(如合成氨、汽车尾气处理、塑料的工业合成等)，从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。

此类试题大多与化工生产实际相联系，要求考生用化学视角审视实际问题，具备正确的化学观念，如物质观、反应观、能量观、平衡观等，体现化学学科的本质价值。

一、化学反应进行的方向1．自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

自发反应是化学反应，如水蒸气冷凝得到液态水属于自发过程，但不是自发反应。

2．熵和熵变(1)熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。

用符号S表示。

(2)熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。

3．判断化学反应进行的方向对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。

二、化学反应的调控1．控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。

(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。

2．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。

(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。

(3)应用示例以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件①反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。

化学反应与能量变化+电解原理及应用李仕才【考点直击】1．理解电解池的工作原理，了解电解池与原电池的异同。

2．理解电解原理，掌握氯碱工业、电镀、铜的精炼的反应原理。

3．掌握常见离子放电顺序，熟练书写电极反应式，总反应式并能进行相关计算。

4．了解金属的电化学腐蚀与防护。

【活动探究】活动一：理解电解池的工作原理1．按照下图所示装置所进行的实验，完成表格内容。

2．根据上面的活动，归纳对于溶液中的电解反应，书写电极反应式的一般策略。

活动二：掌握氯碱工业、电镀、铜的精炼的反应原理1．氯碱工业氯碱工业中离子交换膜电解槽示意图如右图，其中的离子交换膜为“阳离子交换膜”，它有一特殊的性质：只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过。

⑴若采用石墨和铁作电极材料，则它们分别与电源哪个极相连？⑵向阴极区加入的不是纯水而是含少量NaOH的水，你认为它的作用是什么？⑶分别写出电极反应式和总反应的离子方程式2．电镀右下图为实验室在金属钥匙表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：⑴a、b分别是电源的什么极？电解质溶液是什么？⑵写出该电镀过程的电极反应式⑶电镀过程中，某物理量y的理论变化曲线如图所示，你认为y可以表示哪些物理量？3．铜的精炼⑴画出精炼粗铜的简易工作示意图，并在图中标出电极材料、电解质溶液。

⑵若粗铜中含有锌、银等杂质，写出铜的精炼过程中，两极发生的电极反应式。

⑶电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度如何变化？⑷若粗铜中含有锌、铁、银、铂等杂质，电解后，电解槽底部的阳极泥中有。

活动三：了解金属的电化学腐蚀与防护1．金属的腐蚀⑴金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

判断下列腐蚀哪些是化学腐蚀，哪些是电化学腐蚀？①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀②钢铁在空气中生锈而被腐蚀③化工厂里的铁与氯气反应而被腐蚀④铜铝电线接头处铝被腐蚀⑤高温下铁丝被氧气腐蚀⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀⑵分别写出钢铁在空气中发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，并说明析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件。

第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控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意义，能讨论化学反应条件的选择和优化。

2、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。

重点：利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

难点：利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

一、导入新课合成氨的发展：我国合成氨工业的发展是在20世纪30年代开始的，经过几十年的不懈奋斗和发展，我国已经拥有了许多不同流程、不同规模的合成氨工厂。

我国目前拥有了一支能够进行合成氨生产的科研等方面的研究技术团队，让我国已成为世界上最大的合成氨生产国，产量约占世界总产量的1/3。

合成氨的应用：合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。

氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。

二、新课讲授【展示】合成氨的热化学方程式【设疑】根据热化学方式你能概括出合成氨反应的特点吗？【学生概括】可逆性：反应为反应体积变化：正反应是气体体积的反应焓变：△H 0【师】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、提高平衡混合物中按的含量？请填入下表。

【师】升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大且有利于提高平衡混合物中氨的含量。

催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。

那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？【师】数据分析：表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。

分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论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。

原理分析和对实验数据的分析均表明，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。

专题 化学反应的利用【本讲教育信息】 一. 教学内容：高考第一轮复习：《化学必修2》 第2章 化学键 化学反应与能量 第3节 化学反应的利用 1. 利用化学反应制备新物质 2. 氯气的制法3. 化学反应为人类提供能源4. 原电池原理二. 教学目的1. 认识利用化学反应造福人类2. 掌握氯气的制备方法和原理3. 了解化学反应提供能源有哪些应用4. 了解原电池的工作原理5. 预计考查新分子的合成三. 教学重点、难点1. 如何利用化学反应新物质，氯气的实验室制法。

2. 怎样将化学能转化为电能，原电池的工作原理。

四. 考点分析本节内容在高考中主要考查点是：1. 实验室制备氯气的反应原理和尾气处理方法，制备装置及收集方法。

2. 原电池工作原理，原电池中的电极反应，电极的判断和原电池的应用。

五. 知识要点人类利用化学反应，不但要利用化学反应产生的新物质，还要充分利用化学反应过程中产生的能量。

在化学反应中，能量以不同的形式表现出来，通常有热能、电能等。

（一）氯气的制法1. 氯气的实验室制法（1）反应原理：()O H 2Cl MnCl HCl 4MnO 2222+↑+∆+浓（2）实验装置如图装置中所盛试剂及其作用：C 饱和食盐水，除去氯气中的氯化氢气体；D 浓硫酸，除去氯气中的水蒸气（或干燥氯气）； F 氢氧化钠溶液，吸收尾气中的氯气。

（3）验满方法如果采用排空气法收集氯气，可在瓶口用湿润的淀粉碘化钾试纸（变蓝）来检验，也可以用湿润的有色布条（褪色）来检验。

（4）实验步骤①组装仪器使之构成成套装置：I. 组装仪器的顺序是：“先左后右、先下后上”；II. 气体在洗气瓶中的走向是长管进气，短管出气。

②检验装置的气密性：检验装置的气密性一定要在装入药品之前进行。

应把制备装置、净化装置、收集装置作为一个整体来检验气密性。

检验方法是：关闭分液漏斗的活塞，将最末端的导气管插入盛水的烧杯中，用手捂热圆底烧瓶（或点燃酒精灯，对圆底烧瓶微微加热），若导气管的末端有气泡冒出，且松手后（或拿开酒精灯后）导气管内有一段水柱，则装置的气密性良好。

化学反应原理在物质制备中的调控作用李仕才基础知识梳理：1.化学反应方向的判定仃)自发反应在一定条件下无蛊外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

(2)燔和慵变的含义①嫡的含义嬌是衡虽一个体系混乱度的物理量。

用符号$表示。

同一条件下，不同物质有不同的爛值,同一物质在不同状态下嫡值也不同，一般规律是S(g)>S(1)>S(s)o②爛变的含义爛变是反应前后体系爛的变化,用空表示，化学反应的AS越大，越有利于反应自发进行。

(3)判断化学反应方向的判据A6K0时，反应能自发进行；A 0=0时，反应达到平衡状态;AQ0时，反应不能自发进行。

2.化工生产适宜条件选择的一般原则(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。

(2)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。

(3)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，从而降低生产成木。

(4)从实际生产能力分析, 如设备承受髙温、髙压能力等。

(5)注意催化剂的活性对温度的限制。

3.平衡类问题需综合考虑的儿个方面(1)原料的來源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。

⑵原料的循环利用。

(3)产物的污染处理。

(4)产物的酸碱性对反应的影响。

(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。

(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。

【专题训练】1. (2017 •四川资阳诊断)无机盐储氢是目前科学家正在研究的储氢新技术，其原理如下：NaHCO3(s) +出@)70 ^^^?MPa HC00Na(s) +H2O(1)在2 L恒容密闭容器屮加入足量碳酸氢钠固体并充入一定量的H2(g),在上述条件下发生反应，体系屮比的物质的量与反应时间的关系如表所示：f/min 0 2 4 6 8 10zzGL) /mol 2.0 1.5 1.2 0.9 0.8 0.8下列推断正确的是()A.当容器内气体的相对分子质量不再变化时，反应达到平衡状态B.0〜4 min 内 &的平均反应速率r(H2) =0. 2 mol • 1/ 1• min 1C.若温度不变，平衡后再充入2 mol比，达到新平衡时C(H2) =0. 4 mol • L_1D.若保持温度不变，平衡后再充入少量IL, 1L的转化率减小答案C3. (2018・武汉高三模拟)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

合成氨反应原理N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1反应特点—可逆性：反应为可逆反应—体积变化：正反应是气体体积减小的反应—ΔH<0 ，ΔS<0根据之前学习的内容，请同学们填写课本上的表格找出增大合成氨的反应速率以及提高平衡混合物中氨的含量的条件。

【过渡】这是我们从原理上分析得到的结论，实际生产中也是这样吗？大家请看课本上的表格。

【总结】升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。

二者在温度这一措施上是不一致的。

教学环节三：工业合成氨适宜条件的选择【展示】400℃下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图，合成氨一般采用的压强为10 MPa~30 MPa。

【提问】原理分析和数据分析表明，合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强？【展示】10MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图，合成氨一般采用的温度为400~500 ℃【提问】合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度？【展示】铁触媒合成氨工业普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。

铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择400~500℃进行的重要原因。

另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。

【总结】合成氨的生产流程【练习】请完成例1教学环节四：化工生产中调控反应的一般思路【安排任务】请同学们结合工业合成氨适宜条件的选择，梳理思路，总结化工生产中调控反应的一般思路。

【总结】实际生产中到底是依据以下原理选择这些适宜的条件教学环节五：课堂练习练习见课件思考，得出化工生产中调控反应的一般思路完成课后练习。

第一学期高二 化学导学案课题：2-4化学反应的调控 【素养目标】 课标要求 核心素养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。

1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。

2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。

的思路。

【学习过程】一、工业合成氨的原理分析1、合成氨反应的特点（1）反应原理：N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g) ΔH =-92.4kJ·mol -1 ,ΔS=-198.2J·mol -1·K -1,常温下(298K)，K=5.0×108（2）反应特点①可逆性：反应为 反应。

①体积变化(熵变)：ΔS 0，正反应是气体体积 的反应。

①焓变：ΔH 0，是 反应。

④自发性：常温(298 K)下，ΔH －TΔS 0， 自发进行，且反应进行程度 。

2、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提高平衡混合物中氨的含量课本表2－2中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中的含量的变化情况（初始时氮气和氢气的体积比是1：3）。

分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物温度/① 氨的含量/%（体积分数） 0.1MPa 10MPa 20 MPa 30MPa 60MPa 100MPa200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6400 0.40 25.1 38.2 47.0 62.5 79.8500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.7600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4班级： 姓名：小组：应采取的措施是否一致。

第二章第四节化学反应的调控1．（易）教材作业2．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是()A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径【答案】C【分析】解：A、现在分离氨气的技术已趋于成熟，故A与题意不符；B、生产设备不能承受那么大的压强，产生压强所需的动力、能源又是限制压强的因素，故B与题意不符;C、目前所用催化剂铁触媒活性最好时的温度约为400⒈500°C,如能研制出低温催化剂，将大大提高氨的产率，且节约了能源，故C与题意相符；D、探索合成氨的新途径不一定会成功，不一定会有前途，故D与题意不符；故选C。

3、在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是()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时间，而施加高压无此效果【答案】C【分析】对于反应N⒈(g)+3H⒈(g)⒈2NH⒈(g),，使用催化剂只能提高反应速率，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，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成.⒈NH⒈的方向移动.故答案为C.4.合成氨反应的正反应是气态物质系数减小的放热反应。

合成氨工业的生产流程如图所示。

下列关于合成氨工业的说法中不正确的是A. 将混合气体进行循环利用符合绿色化学思想B. 合成氨反应需在低温下进行C. 对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D. 使用催化剂可以提高反应速率，但不能使平衡向正反应方向移动【答案】B【详解】答案: B。

解:A、混合气进行循环利用可以节约能源、提高原料的利用率，遵循绿色化学思想，故A正确; B、降低温度，反应速率减慢，为保证速率较快，催化剂的活性高，产物的产率又不低，则选择适宜的温度即可，不能在低温下进行，故B错误;C、对原料气进行压缩，即增大压强，化学平衡正向移动，可以增大原料气的转化率，故C正确;D、催化剂的特点:能改变反应物化学反应速率，而不改变化学平衡，故使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动，故D正确;故选B。

第四节化学反应的调控学习目标导航学习任务1 合成氨条件的选择NO.1自主学习·夯实基础1.反应原理N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。

2.反应特点—可逆性:反应为可逆反应—体积变化:正反应是气体体积减小的反应—焓变:ΔH<0,熵变:ΔS<0—自发性:ΔH-TΔS<0,常温下能自发进行3.理论分析(1)外界条件:降低温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等,有利于化学平衡向合成氨的方向移动。

(2)投料比:温度、压强一定时,N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的百分含量最高。

微点拨:合成氨反应中,为了提高原料转化率,常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。

4.工业合成氨条件的选择工业上通常采用铁触媒作催化剂、在400～500 ℃和10 MPa～30 MPa(压强)的条件下合成氨。

微点拨:工业生产中,必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件,既要考虑尽量增大反应物的转化率,充分利用原料,又要选择较快的反应速率,提高单位时间内的产量,同时还要考虑设备的要求和技术条件。

NO.2互动探究·提升能力工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ/mol,其工业生产流程示意图如图。

探究1 合成氨条件的选择问题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为什么采用的压强为10 MPa～30 MPa?提示: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,将会增加生产投资,可能降低综合经济效益。

问题2:在合成氨工业中使用催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用?提示:为了加快反应速率,采用以铁为主的催化剂。

问题3:原料气干燥净化的目的是什么?提示:防止混有的杂质使催化剂铁触媒中毒。