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-2021-2022学年新教材高中化学选择性必修1 化学反应原理【导与练】高中同步全程学习word（鲁科版）山东专用

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

　工业废气,是指企业厂区内燃料燃烧、生产工艺过程中和生产车间产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。

大气污染物对人体的危害是多方面的,主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍以及眼、鼻等黏膜组织受到刺激而患病。工业废气中有害物通过呼吸道和皮肤进入人体后,能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变,尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌而引起人类的高度重视。即使大气中污染物浓度不高,但人体成年累月呼吸这种污染了的空气,也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。

目前工业废气的处理方法主要有掩蔽法、稀释扩散法、热力燃烧法与催化燃烧法、水吸收法、药液吸收法、吸附法、洗涤式活性污泥脱臭法、三相多介质催化氧化工艺和低温等离子体技术等方法。工业废气的有效利用既能解决污染问题,又能创造经济效益,具有非常高的研究价值。

项目活动1　选择合适的化学反应

探究1　选择化学反应进行生产的标准

问题1:化学反应自发性由什么决定?

提示:ΔG=ΔH-TΔS<0,反应自发,且ΔG越“负”,反应限度越大。

问题2:化学反应自发、不自发对反应有什么意义?

提示:反应自发一般来讲就无需考虑采用电化学、光化学方法进行反应,一般就可以考虑研究催化剂提高反应速率;如果反应不自发则需考虑采取电化学、光化学方法进行反应。

问题3:化学反应焓变对生产有什么影响?

提示:化学反应吸热一般会消耗能源(个别例外),则需增加加热装置并耗电或煤等燃料,这就增加了生产成本。化学反应如果放热太多,而反应又需控温,则需增加热交换装置进行散热,不过此时副产热一般可以加以利用,能增加效益。

探究2　选择甲醇生产反应

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

②CO2(g)+2H2O(g)CH3OH(g)+O2(g)

已知:

问题4:根据上述数据分析反应①、②的自发性。

提示:反应①在常温下:ΔG=ΔH-TΔS≈3.82 kJ·mol-1,反应②在常温下:ΔG=ΔH-TΔS≈689.55 kJ·mol-1,所以反应①低温下能正向自发进行,反应②不能通过改变温度使其正向自发进行。

问题5:根据ΔG计算说明,若采用反应①或②制甲醇是否需通电或光照?

提示:反应①无需通电或光照,反应②需要,可以考虑通过电解装置实现反应②。

问题6:综合考虑上述两个反应,采取哪个反应合成甲醇更有利?