(教案)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-【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修一(鲁科版2019)

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 学习任务目标 1．通过以工业废气中二氧化碳为原料合成甲醇反应的自发性判断和条件选择，体会焓变、熵变、化学平衡和化学反应速率相关知识的应用价值。 2．在设计反应、判断方向性和选择条件的活动过程中，综合利用相关知识分析、解决有关问题，初步形成解决这类问题的一般思路并掌握有关的方法。 3．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．在等温等压条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变综合判断，当ΔH－TΔS<0，反应正向能自发进行。因此ΔH<0，ΔS>0，任何温度下都能正向自发进行；ΔH>0，ΔS>0，高温下能正向自发进行。 2．反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔS<0，CO2(g)＋2H2O(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔS<0。 一、选择合适的化学反应 1．合成反应 ①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.97 kJ·mol－1 ΔS＝－177.16 J·mol－1·K－1 ②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋O2(g) ΔH＝＋676.48 kJ·mol－1 ΔS＝－43.87 J·mol－1·K－1 副反应： ③CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.17 kJ·mol－1 ΔS＝＋42.08 J·mol－1·K－1 2．反应的自发性 (1)反应①(填“①”“②”或“③”，下同)在低温时正向自发进行。 (2)反应③在高温时正向自发进行。 (3)反应②在任何温度时都不能正向自发进行。 3．反应的选择 (1)选择的合成反应是①。 (2)为了抑制副反应的发生，应该选择低温条件。 二、选择适宜的反应条件 1．浓度 (1)增大n(H2)∶n(CO2)有利于甲醇的合成。 (2)配置某些装置可提高甲醇的转化率 ①二氧化碳的富集装置。 ②甲醇与水的分离装置。 ③一氧化碳的回收循环装置。 2．压强：较高的总压强有利于甲醇的合成。 3．温度：适宜的温度(523 K)有利于甲醇的合成。 4．催化剂：适宜的催化剂有利于甲醇的合成。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)使用催化剂，可提高合成甲醇反应的速率和平衡转化率。 (　　) ×　提示：催化剂不能使平衡移动，不能提高合成甲醇反应的平衡转化率。 (2)高压比常压条件更有利于甲醇的合成反应。 (　　) √　提示：甲醇的合成反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于甲醇的合成。 (3)523 K左右比室温更有利于合成甲醇的反应，提高H2的平衡转化率。 (　　) ×　提示：合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，H2的平衡转化率降低。 (4)利用反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)合成甲醇常选用523 K左右，主要是该温度下铜基催化剂的反应活性最高。(√) 2．在反应CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－48.97 kJ·mol－1中，下列情况不能使反应速率加快的是(　　) A．加入氢气 B．减小压强，扩大容器体积 C．加入催化剂 D．适当升高温度 B　解析：增大反应物氢气的浓度，正、逆反应速率加快，A不符合题意；减小压强，扩大容器体积，则反应物和反应产物的浓度都降低，会导致化学反应速率减慢，B符合题意；催化剂能够同时增大正、逆反应速率，C不符合题意；升高温度，活化分子的百分数增大，正、逆化学反应速率加快，D不符合题意。 3．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上用CO2来生产燃料甲醇的一种反应是CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在任何温度下都能自发进行 B．该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，该反应在高温时能自发进行 C．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在低温时能自发进行 D．该反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都不能自发进行 C　解析：依据反应和图像分析判断：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，反应是熵减少的反应，ΔS＜0；反应物能量高于反应产物的能量，判断反应是放热反应，ΔH＜0。根据ΔH＜0，ΔS＜0，则T较小时，ΔH－TΔS＜0，故该反应在低温时能自发进行。 4．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH____