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 学案 2022-2023学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

第2章 微项目 探究如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 ——化学分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，体会反应的烩变、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，认识到利用化世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。 【核心素养目标】1．变化观念与平衡思想：通过对反应条件的选择与优化的讨论，促使学生形成从限度、速率、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路。 2．科学探究与创新意识：通过探究甲醇合成反应，培养科学探究与创新意识素养。 3．科学态度与社会责任：通过合成甲醇绿色理念探究，培养热爱科学的态度及社会责任感。 课前学习 【复习回顾】工业合成氨的条件是怎样的？工业合成氨条件的选择需要考虑哪些问题？反应条件最终确定的依据是什么？ 【阅读课本】了解工业废气的治理方向。 课上学习 【思考】设计一项工业生产需要考虑哪些方面的问题？ 【项目活动一】选择合适的化学反应 1. 从CO2→CH3OH，从元素守恒、高原子利用率的角度还需要的反应物是 。 2. 已知以下两个反应及其特征： ①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ②CO2(g)+2H2O(g) CH3OH(g)+ O2(g) （1）通过计算判断两个反应在常温下的自发性。并计算自发反应所需温度范围。 反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1) 可自发的温度范围 ① -48.97 -177.16 ② +676.48 -43.87 （2）综合考虑上述两个反应,采取哪个反应合成甲醇更有利? 【小结】工业生产选择反应首先要： ①判断反应的自发性或能自发所需要的温度； ②除了主反应外，还要发现、分析可能出现的副反应。 【项目活动2】选择适宜的反应条件 【思考探究】1. 研究发现：采取反应 （主反应）CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)，　ΔH= - 48.97 kJ·mol-1 生产甲醇时,伴随副反应: 在298 K下 （副反应） ③ 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 反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1) 可自发的温度范围 ③ + 41.17 + 42.08 2. 根据主反应和副反应的特征分析这两个反应各自有利的条件， 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 浓度 压强 温度 催化剂 主反应 副反应 3. 结合资料卡片综合选择优化的反应条件。 资料1：反应物的物质的量之比对反应的影响 n(H2)∶n(CO2) 2∶1 3∶1 5∶1 7∶1 α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71 (CH3OH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93 n(H2)∶n(CO2)常选择 。考虑的因素有 。 还可以通过哪些与浓度有关的条件控制方法提高产率？ 资料2：压强对甲醇产率的影响 可选择压强为 。 选择依据是： 520℃之后甲醇产率下降的原因可能有哪些？ 合适的温度为 。