第2章 微专题讲座 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇（课件PPT）-2021-2022学年新教材高中化学选择性必修1【金版新学案】同步导学（鲁科版）

第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 第2章 化学反应的方向、限度和速率 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 [微专题讲座]　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 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 [知识梳理] 1．目前有机原料按消费量排序，前4位从大到小依次是乙烯、丙烯、苯、甲醇。 2．合成甲醇的原料 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大多数国家用CH4,我国用煤和重渣油)) 3．选择CO2作碳源合成甲醇的原因 (1)工业废气中含大量CO2，排放到空气中会带来环境问题； (2)天然气、煤、石油属于不可再生资源，日渐减少； (3)用CO2合成甲醇符合绿色化学要求。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 [问题探究] 假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化，已知298 K，100 kPa时，有如下反应： ①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－48.97 kJ·mol－1　ΔS＝－177.16 J·mol－1·K－1 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 ②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋ eq \f(3,2) O2(g)　ΔH＝＋676.48 kJ·mol－1　ΔS＝－43.87 J·mol－1·K－1 ③CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.17 kJ·mol－1　ΔS＝ ＋42.08 J·mol－1·K－1 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 探究一　选择合适的化学反应 问题1　请根据焓变和熵变复合判断上述三个反应是否正向自发进行？ 提示：　反应①，ΔH－TΔS＝－48.97 kJ·mol－1－298 K× (－0.177 16) kJ·mol－1·K－1≈3.82 kJ·mol－1＞0，该反应属于放热熵减反应，降低温度时正向反应自发进行。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 反应②，ΔH－TΔS＝＋676.48 kJ·mol－1－298 K× (－0.043 87)kJ·mol－1·K－1≈＋689.55 kJ·mol－1＞0，该反应属于吸热熵减反应，在任何温度下正向反应均不自发进行。 反应③，ΔH－TΔS＝＋41.17 kJ·mol－1－298 K×0.042 08 kJ·mol－1·K－1≈＋28.63 kJ·mol－1＞0，该反应属于吸热熵增反应，在高温下正向反应自发进行。 问题2　用CO2合成甲醇时发生的反应有哪些？ 提示：　有反应①、③，其中反应③是较高温度时的副反应。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 探究二　选择适宜的反应条件 1．理论分析 角度1：反应限度(转化率) 反应①在低温时自发进行，Δvg＜0，加压有利于合成甲醇。据此可知，合成甲醇需在低温、高压条件下进行。 角度2：反应速率 为提高单位时间内甲醇的产量需加快反应速率。升温、使用催化剂可加快合成甲醇反应的速率。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 矛盾之处——发现问题： 升温，不利于反应①的平衡正向移动，同时副反应③正向移动，副产物增多；使用催化剂加快反应速率，但不影响反应转化率，同时催化剂活性受温度影响。 理论分析条件的选择 工业生产的目的是获得利润，因此选择合成甲醇的适宜条件时，既不能片面追求高转化率，也不能片面追求高反应速率、应选择以较高反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 2．例证——实际合成甲醇条件的选择 (1)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 分析表中数据看出，n(H2)∶n(CO2)数值增大，CO2转化率变化不明显，为避免造成大量氢气浪费，合成甲醇时并不是n(H2)∶n(CO2)的比值越大越好。 第2章　化学反应的方向、限度和速率 化 学 选择性必修1 (2)改变压强对反应的影响 不同总压对甲醇产率的影响 523 K，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1， 催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维 从图中数据变化可看出，压强越高，甲醇的产率越高，但从设备成本看，压强越高生产成本越高。 第2章　化学反应的方向、限度和速率