(
课件网) ※微项目※ 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 ———化学反应选择与反应条件优化 素 养 目 标 1.通过以工业废气中的二氧化碳为原料合成甲醇反应的自发性判断和条件选择,体会焓变、熵变、化学平衡和反应速率等相关知识的应用价值,逐步形成化学学科的变化观念与平衡思想及科学态度与社会责任的学科核心素养。 2.在设计反应、判断方向性和选择条件的活动过程中,综合利用相关知识分析、解决有关问题,初步形成解决这类问题的一般思路并掌握有关的方法,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。 3.通过本项目的学习,树立绿色化学观念,认识到利用化学反应将无用物质转化为有用物质是解决环境问题的重要途径之一,体验化学学科的科学态度与社会责任的学科核心素养。 基础落实 必备知识全过关 重难探究 能力素养全提升 目录索引 基础落实 必备知识全过关 必备知识 1.利用焓变和熵变判断化学反应的方向 < > > = < 2.化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 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、高压能力等 从催化剂的活性方面分析 注意催化剂的活性对温度的限制 【微思考】有人说压强越大,反应速率越快,而且利用反应CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)合成甲醇转化率大,因此工业生产中常常使用高压,对吗 提示 不对。尽管压强大,对于CO2(g)+3H2(g) ==CH3OH(g)+H2O(g)而言,既有利于加快反应速率,又有利于提高反应物转化率,但考虑实际情况,压强越大对设备要求越高,生产成本越高,因此工业上往往选择合理的压强。 自我检测 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)理论上说,甲醇与氧气的反应可设计成燃料电池。( ) (2)利用CO和H2合成甲醇,其物质的量之比是n(CO)∶n(H2)=1∶2。( ) (3)利用天然气合成甲醇的反应为CH4(g)+H2O(g) CH4O(g)+H2(g)。 ( ) (4)甲醇是21世纪具有竞争力的清洁燃料之一。( ) (5)ΔH<0,ΔS<0的反应在低温下可能自发进行。( ) √ √ √ √ √ 重难探究 能力素养全提升 探究一 选择合适的化学反应合成甲醇 问题探究 CO2的大量排放有什么危害 试设想如何将CO2变废为宝 提示 CO2产生“温室效应”将导致南极、北极冰雪融化,海平面上升,病虫害增加,气候反常等,从而使人类生存环境恶化。可以通过化学反应,使CO2和氢气(或水等)在催化剂作用下合成甲醇。 归纳拓展 热力学角度分析合成甲醇反应能否进行 从工业废气中合成甲醇,是近年来科学研究的热点。甲醇是重要的化工原料。利用CO2和氢源(H2、H2O)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下: ①CO2(g)+3H2(g) ==CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.97 kJ·mol-1,ΔS1=-177.16 J·mol-1·K-1; ②CO2(g)+2H2O(g) ==CH3OH(g)+ O2(g) ΔH2=+676.48 kJ·mol-1, ΔS2=-43.87 J·mol-1·K-1 ③CO2(g)+H2(g) ==CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.17 kJ·mol-1, ΔS3=+42.08 J· mol-1·K-1。 根据判据ΔH-TΔS判断反应①低温下能正向自发进行,反应②任何情况下都不能自发进行,反应③在高温下能正向自发进行。 应用体验 视角1 利用二氧化碳合成甲醇 1.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。下列说法不正确的是( ) A.ΔH1<0,ΔH2>0 B.增大压强有利于加快合成反应的速率 C.生产过程中,温度越高越有利于提高CH3OH的产率 D ... ...
