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（微项目） 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件聚焦工业废气CO₂合成甲醇，从全球气候与碳中和问题导入，通过反应可行性分析（焓变、熵变）、反应条件选择（浓度、压强等）及优化，构建“问题-分析-解决”的学习支架，衔接化学平衡与速率知识。 其亮点在于以真实工业情境为载体，通过资料卡片数据分析、小组合作探究，培养科学思维（证据推理、模型建构）与科学探究能力，融入绿色化学理念落实科学态度与责任。归纳解决实际问题的一般思路，学生提升综合应用能力，教师可高效落实核心素养教学。

探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 1.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学平衡和化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 2.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析 课程标准 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。 2.通过本项目的学习，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。 全球平均气温持续升高 2060年前实现碳中和 2030年前实现碳达峰 任务一：选择合适的化学反应 课前作业: 设计可能的反应并介绍你的 设计思路。 思考： 你认为哪个反应更适于甲醇的工业生产？请说明理由。 任务一：选择合适的化学反应 设计适于工业生产的化学反应的基本思路： 首先考虑反应在指定条件下能否正向自发进行；其次考虑原料的来源、成本等。 资料卡片1 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随以下反应： CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 298 K 时，ΔH=+41.17 kJ.mol-1 ΔS=+42.08 J.mol -1·K-1 任务二：选择反应条件 交流讨论：结合所学知识和反应特点为主反应选择适宜的反应条件，并说明理由。 选择反应条件的思维模型 温度 压强 浓度 催化剂 条件选择 方向 速率 限度 实际生产 副反应 考虑角度 热力学 动力学 提高主反应的平衡产率：增加原料浓度、增大压强，降低温度。 提高反应速率：增加原料浓度，升高温度，增大压强、加入适当催化剂等。 主反应特点：放热、熵减小、气体系数和减小 副反应特点：吸热、熵增大、气体系数和不变。 移走产物 【小组合作】 阅读教材P91【项目活动2】。从化学平衡和反应速率两个方面选择二氧化碳合成甲醇的条件，先自己阅读3min，再小组讨论。 任务三：优化反应条件 浓度 资料卡片2 思考、讨论： 1.什么是产率？资料中的产率是平衡产率吗？影响产率的因素有 哪些？ 2.总压恒定，增大H2与CO2的投料比，二者的浓度如何变化？ CO2的转化率和CH3OH的产率如何变化？ 分析表中数据看出，n(H2)∶n(CO2)数值增大，CO2转化率变化不明显，为避免造成大量氢气浪费，合成甲醇时并不是n(H2)∶n(CO2)的比值越大越好。 任务三：优化反应条件 浓度 化学平衡 定性：勒夏 特列原理 定量： Q、K关系 (适用范围广） 资料卡片3 交流讨论： 1.增大压强对副反应的 化学平衡是否造成影响？ 2.工业生产中应该选择 怎样的压强？为什么？ 任务三：优化反应条件 压强 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 室温下，K=6.8×10-3 mol-2 . L2 从图中数据变化可看出，压强越高，甲醇的产率越高,但考虑实际情况,压强越大对设备要求越高,生产成本越高,因此工业上往往选择合理的压强。 任务三：优化反应条件 温度 资料卡片5 交流讨论： 1. 工业生产应该选择怎样的 温度？为什么？ 2. 随着温度升高，为什么甲醇 的产率先增大后减小？ 可能性1：主反应--速率--平衡 可能性2：主反应--副反应 可能性3：影响因素--温度--催化剂 温度在低于520K时，主要作用是提高CO2与H2反应生成 CH3OH的速率。温度在升至520K左右之前，其主要作用是增大反应速率，反应以正向为主，所以甲醇的产率逐渐增大。温度从520K左右再升高，其主要作用是使化学平衡逆向移动，所以甲醇的产率逐渐减小。 温度因素影响下实际工业生产问题分析思路： 化学反应速率 关注反应焓变 平衡前 平衡态 平衡后 化学平衡移动 温度对速率的影响 温度 （升高） 副反应 温度对催化剂活性的影响 任务三：优化反应条件 催化剂 资料卡片4 交流讨论：工业生产中应该选择第几组催化剂？依据是什么？ 合适的催化剂不仅能提高一定反应时间内的产率，还能提高选择性，减小副反应的影响。选择温度时，也要考虑温度对所用催化剂的催化效率的影响。 拓展提升 成本 工艺 安全性 绿色化学 . . . 温度/K n(H2)/n(CO2) 压强/MPa 催化剂 3:1 4-5 CuO/ZnO/ZrO2/MnO 520 科技前沿与地方化工 鸟瞰图 2022年9月27日上午8时，安阳顺利环保科技有限公司CO2加氢制绿色低碳甲醇联产LNG装置建成并实现全面投产。 生产装置 以工业废气中捕集的CO2为主要碳源和H2反应合成甲醇，预计可生产甲醇11万吨/年和联产LNG 7 万吨/年，并减少CO2 排放0.44亿 Nm3/年。 归纳总结 设计化学反应解决实际问题的一般思路： 寻找反应 元素、价态 判断方向 焓判据、熵判据 确定反应 原子经济、原料来源、反应能效等 优化条件 文献、实验寻找证据-实验偏差分析-获得结论 选择条件 速率、化学平衡（定性、定量）、副反应 兼顾成本、工艺、 安全性等 $