第二章微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇教学课件2023-2024学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

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 鲁科版高二化学选择性必修1第2章微项目 上课！ 1 项目背景 课前准备 了解空气中CO2含量升高的危害是什么？有哪些方法可以降低CO2的含量？了解甲醇的重要性，以及选择CO2作碳源合成甲醇的意义。 检查学生的预习情况，并给予评价。 3 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，体会反应的焓变、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。 变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知 2.通过本项目的学习,树立绿色化学观念,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。 科学态度与社会责任 利用工业废气中的CO2合成CH3OH 确立项目 项目目标 确立项目，明确学习目标，并发展多维度的化学学科素养。 4 项目流程 选择合适的化学反应 选择适宜的反应条件 综合优化条件 明确项目流程——从化学的视角分析，我们需要进行的工作 5 CO2 项目任务1 选择合适的化学反应 CH3OH CO2(g)+2H2O(g)=CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+3H2(g) =CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1= -48.97 kJ·mol-1 ΔS1= -177.16 J·mol-1·K-1 ΔH2= +676.48 kJ·mol-1 ΔS2= -43.87 J·mol-1·K-1 √ 能否正向自发进行！ 6 设计适于工业生产的化学反应时： 首先考虑反应在指定条件下能否自发进行 其次考虑原料的来源 项目评价1 选择合适的化学反应 项目任务2 选择适宜的反应条件 1、工业合成氨的条件是什么？考虑了哪些因素的影响？反应条件最终确定的依据是什么？ 2、类比工业合成氨，在选择适宜工业生产的条件时，需要考虑哪些角度？又需要考虑哪些因素？ 选择适宜的反应条件时，除考虑限度、速率、工艺等问题，还需注意副反应的发生 . . CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.17 kJ·mol-1 ΔH=-48.97 kJ·mol-1 副反应 主反应 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) 副反应 速率 限度 考虑角度 温度 压强 浓度 催化剂 影响因素 9 项目评价2 选择适宜的反应条件 工业生产的主要目的之一是获得利润，因此选择CO2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。 项目任务3 综合优化条件 阅读课本第84-86页，小组合作，共同完成项目任务3相关问题，要求： 1. 先独立完成，后小组讨论，及时记录结论 2. 大胆发言，大声表述，勇敢质疑，自信答疑 3. 结束后，落座整理笔记 11 小组展示 探究反应物的投料比对反应的影响时， 控制了哪些变量？各组数据的变化趋势是怎样的？ 为什么CO2的转化率高于CH3OH的产率？ 是不是n（H2）/n（CO2）的比值越大越好？ 选择投料比是多少？ 但CO₂转化率增大不明显,且造成大量氢气浪费, 12 小组展示 探究压强对甲醇产率的影响时，控制了哪些变量？ 各组数据的变化趋势是怎样的？为什么？ 合成时是不是压强越大越好？ 可选择压强是多少？ 催化剂的活性和选择性在实际生产中起到非常关键的作用，故温度的选择常根据催化剂的活性范围进行确定。 小组展示 探究温度对甲醇产率的影响时，控制了哪些变量？ 各组数据的变化趋势是怎样的？为什么？ 合适的温度是多少？ 设备、成本、安全。 14 小组展示 探究催化剂对甲醇产率的影响时，控制了哪些变量？ 选择的催化剂组合是什么？ 不同的催化剂组成，对反应的活性和选择性具有一定差异。选择什么组成的催化剂？ 15 投料比 温 度 压 强 催化剂 n(H2)∶n(CO2)约3:1 5MPa左右 520K左右 CuO、ZnO为基料+ZrO2/MnO为辅料 项目评价3 综合优化条件 在工业生产中，还需要考虑成本、工艺、安全性等多方面因素，如配置一些辅助装置 16 甲醇合成塔 实际工业生产问题 反应物 产品 CO2富集装置 甲醇 -水分离装置 副产物CO回收装置 17 以上哪种因素，对产品生产效率的影响程度较大？未来研究的重点在什么方向？ 开发在较低温度下具有优良活性和选择性的催化剂。 拓展提升 18 化学反应设计过程及理论依据。 项目成果展示 优化反应条件 元素观 课堂巩固 拓展应用 21 青春有梦， 强国有我！ 为完成减碳目标，我们作出庄严承诺：