微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇-高二化学同步精品课堂（鲁科版2019选择性必修1）

第2章 化学反应的方向、限度与速率 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 1 1 “温室效应”是当代人类社会面临的全球性环境问题之一，如果大气中的二氧化碳气体含量增加1倍，全球的年平均气温将升高1.5~4.5℃。科学家预测，随着人类活动产生的温率气体大量增加，到 2100 年，全球气温将上升2~5℃。随着温室效应的不断增强，将对人类生存环境和社会经济发生重大影响。有的科学家认为，随着全球气候变暖，两极冰雪会部分融化，从而导致海平面上升，使沿海的一些国家和城市被海水淹没。另外，随着气温升高，各地区降水和干湿状况也会发生变化，气候变化还会引起一些疾病蔓延，危害人体健康等。因此二氧化碳的“温室效应”，已引起世界各国的普遍关注。温室效应使地球温度升高，会让南北极冰川融化、海平面上升。继而引发一系列人类不可承受的天灾。近几年，全球气温变暖导致的灾难性后果是肉眼可见的，全球范围内频频出现几十年难遇、百年难遇的洪涝干旱，暴风、冰雪、极寒酷热天气。 二氧化碳的对环境的影响 1、国内几十年不见的极端天气频发：2008年南方雪灾。2012年北京61年不遇的大暴雨。2018年超强台风“山竹”。2021年河南大暴雨等等。 2、国际极端天气：2021年日本西南部的部分地区迎来几十年来最强暴雨。2021年7月，北极出现48℃高温。2021年7月29日，巴西多地迎来罕见降雪。2021年6月29日，加拿大西部利顿连续三天打破加拿大有记录以来的高温纪录。 海水酸化:海洋为我们提供了丰富的生物资源，并且通过大量吸收大气中的二氧化碳，减缓了大气中二氧化碳的上升趋势。但是随着大气中二氧化碳的总量不断增加，二氧化碳不断溶于海水中，最终使得海水的PH值降低。研究表明从1751-1994年海洋表明的PH值平均下降了0.075，这可能对海洋生物油漆是甲壳类、无脊椎生物的生存有威胁。海洋是地球生物的气源，海洋酸化作为温室气体引发的又一个环境问题，海水酸化不仅可能引发海水化学组分发生变化，还可能改变海洋生态系统的生物链，甚至对全球气候产生影响。 二氧化碳的对环境的影响 人类已经充分认识到这些危害并且正在采取行动，因此减碳排，碳达峰、碳中和等等诸如此类有关二氧化碳的术语频繁出现在我们眼前。 思考：如何解决二氧化碳排放对环境造成的影响？ 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 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。 大多数国家用CH4 我国用煤和重渣油 假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化，已知 298 K，100kPa时，有如下反应: ①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H₂O(g) ②CO2(g)+2H20(g)=CH3OH(g) +302(g) 项目活动1 选择合适的化学反应 反应 kJ.mol-1 J.mol-1·K-1 ① -48.97 -177.16 ② +676.48 -43.87 H S [思考] 1.请根据焓变和熵变复合判据判断上述两个反应是否正向自发进行? 反应② H S -T =+676.48kJ.mo1-1-298K×(-0.004385)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① H S -T =-48.97kJ.mo1-1-298K×(-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。 项目活动2 选择适宜的反应条件 思考：选择反应条件时，需要考虑哪些因素？ 化学反应角度： 实际生产角度： 涉及影响因素： 平衡转化率、反应速率 安全、成本、方便、环保…… 物料浓度（投料比）、气体压强、温度、催化剂等 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=+41.17kJ.mol-1 ΔS=+42.08 J.mol -1·K-1 【资料】 思考：综合考虑以上角度，为废气中二氧化碳与氢气合成甲醇选择适宜的反应条件 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g) 主反应： 副反应： 放热、熵减小、气体系数和减小 吸