高三教研:化学反应的速率及反应条件的优化 (上)

说课分享 · 化学反应原理

一、课标解读 ＋ 二、山东高考考情分析（2021—2026）。

课标来源

普通高中化学课程标准（2017 年版 2025 年修订）“化学反应速率、化学反应条件的优化——工业合成氨”课标。

必修课程 · 主题 3 物质结构基础与化学反应规律（基础铺垫）

P18【内容要求】3.3 化学反应的限度和快慢　体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。知道化学反应速率的表示方法，通过实验探究影响化学反应速率的因素。认识化学变化是有条件的，学习运用变量控制方法研究化学反应，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。

P19【学生必做实验】　化学反应速率的影响因素。

P19–20【教学提示 · 情境素材建议】　反应的限度和快慢：化学反应存在限度的证据，如高炉炼铁、合成氨、氯化铁与碘化钾的反应、氯气与水的反应等；汽车安全气囊的膨胀、食物腐败等生活中与化学反应速率有关的现象；催化剂在调控化学反应速率中的作用，如燃料电池、工业制硝酸（或硫酸）、合成氨、汽车尾气处理等反应中催化剂的作用。

P20【学业要求】　能从化学反应限度和快慢的角度解释生产生活中简单的化学现象。能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。能运用变量控制的方法探究影响化学反应速率的因素，能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。

选择性必修 1《化学反应原理》 · 主题 2 化学反应的方向、限度和速率（本课核心要求）

P30【内容要求】

2.2 化学反应速率：知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。

2.3 化学反应的调控：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具有重要作用，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。

P31【教学提示 · 教学策略】　结合生产实例，组织学生开展关于反应条件的选择与优化的讨论，促使学生形成从限度、速率等多角度综合调控化学反应的基本思路，发展学生的变化观念和系统思维。

P31–32【教学提示 · 学习活动建议 · 调查与交流讨论】　查阅工业催化剂的用途、工业生产条件优化依据的相关资料；讨论影响化学反应速率因素的理论解释；基于数据讨论对化学反应速率、化学平衡影响因素的新认识；讨论合成氨反应条件的选择。

P32【教学提示 · 情境素材建议】　有应用价值的可逆反应体系，如工业合成氨、高炉炼铁、水煤气的生产、高压氧舱治疗一氧化碳中毒等；调控化学反应的成功案例，如与工业合成氨相关的诺贝尔奖、汽车尾气处理，以及塑料的工业合成等。

P32–33【学业要求】

2. 能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、平衡转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件选择和优化的依据。

3. 能进行化学反应速率的简单计算，能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。

4. 能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产生活、化学实验中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。

5. 能举例说明反应调控在生产生活和科学研究中的重要作用。针对典型的实际案例，能从化学反应限度、速率等角度对化学反应条件进行综合分析，从节能、环保、资源综合利用等多角度进行评价。（工业合成氨为此处典型化工案例）

2021 · 山东卷（第 20 题）

2‑甲氧基‑2‑甲基丁烷（TAME）常用作汽油添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：反应Ⅰ：　反应Ⅱ：　反应Ⅲ：

原稿图：TAME 体系同时存在 3 个平行竞争可逆反应

情境

甲醇与烯烃液相制备汽油添加剂 TAME，同时存在 3 个平行竞争可逆反应。

考查

① 图像判断焓变、物质稳定性；

② 平衡转化率、物质的量分数平衡常数 K_x计算；

③ 对多反应体系平衡移动的判断（综合限度）；

④ 浓度‑时间图像，区分物质曲线、比较同一体系正逆反应速率相对大小（动力学）。

对应课标能力：结合动力学（速率）与热力学（平衡限度）综合分析反应条件，判断条件改变对产物的影响，等价于工业合成氨的条件优化思维。

2022 · 山东卷

10．在 NO 催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是（　　）

原稿图：NO 催化丙烷制备丙烯的反应机理图

情境

NO 催化丙烷制备丙烯的反应机理图。

考查

催化剂对平衡转化率无影响；反应历程中基元反应电子转移；不同反应路径对产物、水的量的影响（速率‑机理角度）。

20．利用 γ‑丁内酯（BL）制备 1,4‑丁二醇（BD），反应过程中伴有生成四氢呋喃（THF）和 1‑丁醇（BuOH）的副反应，涉及反应如下：

原稿图：γ‑丁内酯（BL）高压加氢制备 1,4‑丁二醇（BD）路径图

情境

γ‑丁内酯（BL）高压加氢制备 1,4‑丁二醇（BD），伴随两个副反应（竞争平行反应）。

已知：① 反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；② 因反应Ⅰ在高压 H₂ 氛围下进行，故 H₂ 压强近似等于总压。

考查

① 利用双向平衡放热吸热数据求总反应焓变；

② 图像判断物种曲线、K_p计算、产率计算；

③ 压强、温度对平衡常数、反应速率的综合影响；多条件对比分析，解释时间差异原因。

对应课标：工业条件优化，权衡速率、限度，识别温度压强双重影响。

2023 · 山东

（14）一定条件下，化合物 E 和 TFAA 合成 H 的反应路径如下：已知反应初始 E 的浓度为 0.10 mol·L⁻¹，TFAA 的浓度为 0.08 mol·L⁻¹，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是

原稿图：化合物 E 和 TFAA 合成 H 的反应路径

情境

化合物 E 和 TFAA 合成 H 的反应路径。

考查

活化能对反应速率的影响；连续反应、反应中间体（高考拓展考点，课本没有专门讲，但经常考图像）；根据浓度‑时间图像判断速率的相对大小。

（20）一定条件下，水气变换反应 CO＋H₂O ⇌ CO₂＋H₂ 的中间产物是 HCOOH。为探究该反应过程，研究 HCOOH 水溶液在密封石英管中的分解反应：

Ⅰ. HCOOH ⇌ CO＋H₂O（快）

Ⅱ. HCOOH ⇌ CO₂＋H₂（慢）

研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H⁺ 仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。

情境

水煤气变换、CO 加氢竞争反应。

考查

盖斯定律；分压平衡常数；温度压强催化剂选择性对产率、速率的综合调控；图像信息提取；条件选择评价。

2024 · 山东卷

（15）逆水气变换反应：CO₂(g)+H₂(g) ⇌ CO(g)+H₂O(g)　ΔH > 0。一定压力下，按 CO₂、H₂ 物质的量之比 n(CO₂)∶n(H₂)=1∶1 投料，T₁、T₂ 温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为 v = k c^0.5(H₂) c(CO₂)，T₁、T₂ 温度时反应速率常数 k 分别为 k₁、k₂。下列说法错误的是（　　）

原稿图：CO₂ 转化率–温度曲线（理论平衡 / 实验甲 / 实验乙）

考查【关联题点】

温度、压强对化学反应速率的影响；温度、压强对化学平衡的影响。

第 20 题（原理综合压轴）.水煤气是 H₂ 的主要来源，研究 CaO 对 C‑H₂O 体系制 H₂ 的影响，涉及主要反应如下：

C(s)+H₂O(g) ⇌ CO(g)+H₂(g)（Ⅰ）　ΔH₁ > 0

CO(g)+H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+H₂(g)（Ⅱ）　ΔH₂ < 0

CaO(s)+CO₂(g) ⇌ CaCO₃(s)（Ⅲ）　ΔH₃ < 0

（2）压力 p 下，C‑H₂O‑CaO 体系达平衡后，图示温度范围内 C(s) 已完全反应，CaCO₃(s) 在 T₁ 温度时完全分解。气相中 CO、CO₂ 和 H₂ 摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则 a 线对应物种为　　　　　　　（填化学式）。当温度高于 T₁ 时，随温度升高 c 线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是　　　　　　。

情境

C‑H₂O 制氢多反应耦合体系。

考查

多平衡计算；K_p；温度、压强、催化剂对主副反应的选择性；从速率、限度角度解释工业适宜条件。

2025 · 山东卷

9.用肼 N₂H₄ 的水溶液处理核冷却系统内壁上的铁氧化物时，通常加入少量 Cu(Ⅱ)，反应原理如图所示。下列说法正确的是

原稿图：肼处理铁氧化物催化循环机理 / 恒容密闭容器中热解反应（含氟产物）平衡随温度变化

情境

肼处理铁氧化物催化循环机理。

考查

催化循环、中间产物、速率影响因素。

10.在恒容密闭容器中，某物质热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系（实线部分）如图所示。已知：某温度时，某物质完全分解；体系中气相产物在某、某温度时的分压分别为……。下列说法错误的是

考查

温度压强同时改变速率与平衡；Q、K 判断反应方向。

第 20 题（原理大题）　利用某循环再生可将燃煤尾气中的 SO₂ 转化生产单质硫，涉及的主要反应如下：

Ⅰ．　Ⅱ．　Ⅲ．

恒容条件下，按……和……投料反应。平衡体系中，各气态物种的……随温度的变化关系如图所示，n 为气态物种物质的量的值。已知：图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数基本不变。

原稿图：CO₂ 加氢多平行竞争反应循环再生路径

情境

CO₂ 加氢多平行竞争反应。

考查

焓变；平衡常数；温度压强催化剂选择性，权衡反应速率与平衡限度，选择工业条件；图像曲线识别。

2026 · 山东卷

10．研究甲、乙两种催化剂对下列反应的催化作用及产物选择性的影响。反应Ⅰ：　反应Ⅱ：　恒压条件下，按体积比投料，分别使用甲或乙作催化剂，在下反应固定时间后测定的实验转化率；不改变其他条件，每间隔重复上述实验。的实验转化率和理论平衡转化率随温度的变化如图所示。已知：甲催化时，选择性在为；甲、乙分别催化时，选择性在均达。下列说法正确的是

原稿图：甲、乙两种催化剂作用下实验转化率 vs 理论平衡转化率–温度图像

考查

催化剂选择性；实际转化率随温度变化与平衡转化率的关系。

20．液相酯交换反应（如反应Ⅰ）是生产化工产品的重要途径，回答下列问题：反应Ⅰ：　已知温度下，反应达平衡时，C 物质的量为，反应Ⅰ的平衡常数__________。

原稿图：液相酯交换竞争反应

情境

液相酯交换竞争反应。

考查

转化率‑温度‑时间图像；焓变；多反应平衡常数；条件优化，分析温度、催化剂对主副产物速率、产率的影响。

① 多反应耦合（平行、竞争、对峙）成为大题固定载体，不是单一可逆反应，有主反应 + 副反应，（几乎每年第 20 题）：同一投料同时发生主、副多个可逆反应；温度压强催化剂不仅改变速率，还改变不同反应的相对快慢，即选择性。

② 区分：动力学控制（速率主导）vs 热力学控制（平衡限度主导）。动力学地位提升：不再只考平衡，强化反应历程、活化能、决速步、催化剂选择性、动力学 vs 热力学控制，体现选择性必修 1 “化学反应的调控”主题。

③ 图像：反应进度曲线、反应限度曲线、反应程度曲线，识别曲线、读取数据。

示例图：lg n–温度 图像（原稿配图）

④ 定量：三段式计算；转化率；产率（空间收率）；选择性等计算。

⑤ 源于课本原型，重模型迁移：极少直接考工业合成氨原题，以陌生化工、有机加氢、CO₂ 资源化、催化氧化为新情境，考查合成氨微项目的分析思维模型（速率 + 限度综合权衡）。

供稿：韩乐乐　｜　审核：郭树丰　｜　编辑：魏光月