第2章　微项目　探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇（课件 学案，共2份）鲁科版（2019）选择性必修1

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 [核心素养发展目标]　1.通过利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇反应的选择以及对反应条件的优化，体会反应的焓变、熵变、化学平衡和速率相关知识的应用价值，形成从物质转化以及反应的方向、限度、快慢等多个角度综合分析、解决工业生产实际问题的基本思路。2.树立绿色化学理念，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。 项目活动1　选择合适的化学反应 1．请思考工业废气中二氧化碳可采取哪些治理方向？ _____ _____ 2．科研人员提出多种转化利用二氧化碳的方法和途径，其中利用二氧化碳合成甲醇是重要的研究方向之一。阅读教材相关内容，总结“选择二氧化碳作为碳源合成甲醇是基于哪些方面的原因？” _____ _____ 3．设计适于工业生产的化学反应时，首先要考虑：_____ _____； 其次考虑：_____。 4．由CO2合成CH3OH，从元素守恒和原子利用率的角度推测，还需要的反应物可能是_____。 5．利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇可能涉及的化学反应如下： ①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋O2(g) 反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ① －48.97 －177.16 ② ＋676.48 －43.87 (1)通过上表数据分析判断两个反应在常温下的自发性。 _____ _____ (2)你认为哪个反应更适宜于甲醇的工业生产？ _____ _____ 项目活动2　选择适宜的反应条件 1．研究发现，以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随着以下副反应： CO2(g) ＋ H2(g)===CO(g) ＋ H2O(g)　ΔH＝ ＋ 41.17 kJ·mol－1　ΔS＝＋42.08 J·mol－1·K－1。分析该副反应自发进行的条件。 _____ _____ 2．分析主反应和副反应的特征 主反应：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g) ＋ H2O(g)　ΔH＝－48.97 kJ·mol－1 副反应：CO2(g)＋ H2(g)===CO(g) ＋ H2O(g)　ΔH＝＋41.17 kJ·mol－1 (1)将这两个反应各自有利的条件填入下表。 浓度 压强 温度 催化剂 主反应 副反应 (2)归纳以二氧化碳和氢气为原料工业生产甲醇的反应选择适宜的反应条件。 _____ _____ 3．结合教材资料卡片综合选择优化的反应条件。 (1)分析教材“资料1　反应物的物质的量之比对反应的影响”的表格数据可得出的结论是_____。 (2)分析教材“资料2　压强与温度对甲醇产率的影响”图像，总结： ①压强：温度为523 K，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维时，从图中数据变化可看出，压强越高， 。 ②温度：总压为5 MPa，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维时，从图中数据变化可看出，温度过高后， 。 (3)分析教材“资料3　催化剂的组成对反应的影响”表格数据，可得出结论：以CuO和ZnO为基体时，适当增加ZrO2和MnO可以提高甲醇的 和 。 4．根据以上实验数据分析，CO2合成甲醇应选择的条件是_____ _____。 5. 工业生产实际中的其他实际问题 还需配置的辅助设备包括：_____。 (1)设计化学反应解决实际问题的一般思路 (2)选择适宜条件的优化思路 1．我国科学家研制出CO2与H2合成甲醇的高效催化剂。下列有关该反应的说法错误的是(　　) A．有利于减排CO2 B．反应生成甲醇和水 C．有利于碳资源循环利用 D．该高效催化剂提高了CO2的平衡转化率 2．利用反应：2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝＋746.8 kJ·mol－1，可净化汽车尾气。如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是(　　) A．降低温度 B．增大压强同时加催化剂 C．升高温度同时充入N2 D．及时将CO2和N2从反应体系中移走 3．以CO和H2为原料合成甲醇是工业上的成熟方法，直接以CO2为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学家用CO2人工合成淀粉时，第一步 ... ...