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——化学反应选择与反应条件优化（课件 学案 ）高中化学 鲁科版（2019）选择性必修 第一册

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 学习目标 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.通过本项目的学习，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。 1.选择合适的化学反应 （1）选择二氧化碳合成甲醇的原因 ①目前有机原料按消费量排序，前4位是乙烯、丙烯、苯、　　　　。 ②现在合成甲醇的原料 大多数国家以　　　　为主要原料，我国则是以　　　　　　为主要原料。 ③选择CO2作碳源合成甲醇的原因 a.工业废气中含大量CO2，排放到空气中会带来环境问题。 b.天然气、煤、石油属于不可再生资源，日渐减少。 c.用CO2合成甲醇符合绿色化学要求。 （2）设计适于工业生产的化学反应考虑的角度 ①反应在指定条件下能否　　　　　　　。 ②考虑原料的　　　　等。 2.选择适宜的反应条件 （1）化学反应适宜条件选择的原则 一般要从　　　　　　　　　　　　　等多个方面综合考虑，并根据有关理论和实验数据对所选择的条件进行论证。 例如： 选择温度时 要综合考虑温度对　　　　　　、　　　　　和　　　　　　的影响 考虑调控反应体系中各组分浓度、促使平衡正向移动时 需要考虑如何避免或减少　　　　　　及如何选择性地促进　　　　　　　 （2）催化剂 寻找催化效率高、　　　　　的催化剂，有效缩短到达平衡的时间，在尽可能短的时间内获得尽量多的产物。 （3）其他条件 工业生产中，还要考虑　　　　等方面因素。 【探究活动】　 一、选择合适的化学反应 利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇，还需要寻找氢源。如果选取常见的水或氢气作为氢源，可能设计出以下两个反应。 ①CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH＜0 ②CO2（g）＋2H2O（g）CH3OH（g）＋O2（g）　ΔH＞0 交流讨论 1.根据外界条件对化学平衡影响的一般规律，你认为反应①和②分别采取哪些措施有利于甲醇的生成？ 2.已知两个反应的焓变和熵变如下表： 反应 ΔH/（kJ·mol－1） ΔS/（J·mol－1·K－1） ① －48.97 －177.16 ② ＋676.48 －43.87 注：（1）反应温度为298 K，各气体分压为100 kPa。在相同温度下，当气体混合物中的某一组分占据与该气体混合物相同的体积时，所形成的压强为该组分的分压。 （2）假设反应的焓变和熵变不随温度的改变而变化。 请根据表中提供的数据和相关知识，通过计算判断以上两个反应能否正向自发进行？ 3.根据以上分析，你认为反应①和②哪个反应更适宜于甲醇的工业生产？请说明理由。 二、选择适宜的反应条件 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） 298 K时，该反应的焓变为＋41.17 kJ·mol－1，熵变为＋42.08 J·mol－l·K－1。 交流讨论 1.在一定条件下测得不同的H2和CO2投料比体系中甲醇的产率如下： 不同n（H2）∶n（CO2）对反应的影响 n（H2）∶n（CO2） 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1 α（CO2）/％ 11.63 13.68 15.93 18.71 φ（CH3OH）/％ 3.04 4.12 5.26 6.93 注：α为转化率，φ为产率，反应条件为温度 553 K、总压 2 MPa，无催化剂。 从上述数据中你能得到什么结论？ 2.如图分别是压强和温度对反应①中甲醇产率的影响。 不同总压对甲醇产率的影响　不同温度对甲醇产率的影响 （1）在实际生产中是不是压强越大越好？ （2）请分析甲醇的产率在温度为523 K时最高的原因。 3.如表是不同的催化剂组成对甲醇产率的影响和选择性的影响。 催化剂组成的改变对甲 ... ...