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 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件围绕化学反应的方向、限度与速率，以利用工业废气中CO₂合成甲醇为微项目，通过全球碳排放及双碳目标导入，拆解为选择反应（焓熵判据）、选择条件（平衡与速率）、综合优化（主副反应等）环节，结合活动与数据表格搭建学习支架。 其亮点在于立足真实情境，通过项目式学习培养科学思维与科学探究能力，如活动1用焓变熵变数据判断反应可行性，活动3结合主副反应数据优化温度压强并考虑成本安全，渗透科学态度与责任。学生能理论联系实际，教师可依托具体案例提升教学效果。

微项 目 探讨如何利用工业废气中的 二氧化碳合成甲醇 第二章 化学反应的方向 、 限度与速率 目前， 每年全球排放二氧化碳近400亿吨， 其中我国二氧化碳减排任务尤为艰巨， 而全球化石能源危机也正在显现。 课程导入 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 2060年前实现碳中和 2030年前实现碳达峰 课程导入 选择化学反应 选择反应条件 综合优化条件 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 确立项目 利用工业废气中的CO2合成CH3OH 项 目拆解 温度为300K， 分压均为100kPa条件下， 两个反应的焓变和熵变如 下， 通过简单计算， 你认为哪个更适宜于甲醇工业生产？ √反应 行 CO2 (g)+ 3H2 (g) = CH3 OH(g)+ H2 O(g) O2 + 2H2O = CH3OH O2 反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1) ① -48.97 -177. 16 ② +676.48 -43.87 \ 活动1:选择合适的化学反应 ΔG < 0 ΔG > 0 分析：分别从速率、平衡角度考虑，合成甲醇需要选择什么条件? CO2 (g) + 3H2 (g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH<0 ΔS<0 影响因素 浓度 压强 温度 催化剂 平衡 高浓度 高压 低温 —— 速率 高浓度 高压 高温 合适催化剂 \ 活动2:选择适宜的反应条件 应结合真实化工情境综合分析， 优化反应条件 资料2 CO2 来源往往是工业废气， H2往往来自于天然气、 煤和炼油产品 在浓度上的综合优化： ①n(H2):n(CO2)投料比为3:1， 维持一定反应速率和转化率。 ②热力学上： 及时将甲醇从反应体系中分离出来。 n(H2):n(CO2) 2:1 3:1 5:1 7:1 α(CO2)/% 11.63 13.68 15.93 18.71 φ(CH3OH)/% 3.04 4. 12 5.26 6.93 主反应 CO2 (g)+ 3H2 (g) = CH3OH(g)+ H2O(g) 副反应 CO2 (g ) + H2 (g ) = CO( g ) + H2 O ( g) \ 活动3:综合优化反应条件 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS>0 表3 不同n(H2):n(CO2)对反应的影响 资料1 1. 浓度 在压强上的综合优化： ①热力学上： 增大压强对副反应的平衡转化率无影响， 能提高主反应平衡转化率。 ②动力学上： 增大压强提高反应速率。 ③兼顾设备、 成本和安全。 主反应 CO2 (g)+ 3H2 (g) = CH3OH(g)+ H2O(g) 副反应 CO2 (g ) + H2 (g ) = CO( g ) + H2 O ( g) \ 活动3:综合优化反应条件 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS>0 在设备耐受范围内选择较高压强 资料1 结论 2. 压强 3. 催化剂 【结论】 在催化剂上的综合优化： ①在高选择性的同时， 甲醇产率也较高。 ②催化剂组成应含CuO/ZnO/ZrO2/MnO，具体比例可以再调节。 \ 活动3:综合优化反应条件 520K后产率随温度降低： ①主反应是放热反应， 已达化学平衡， 此时平衡逆向移动 ②副反应是吸热反应， 促进副反应产率提升(可能平衡正移) ③催化剂活性降低 结论 选择520 K 520K前产率随温度升高：反应速率加快， 主反应 快于副反应， 导致单位 时间内甲醇产率增加。 在温度上的综合优化： ①促进主反应， 抑制副 反应， 兼顾反应速率； ②催化剂活性温度范围 在433K~543 K； 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 \ 活动3:综合优化反应条件 4. 温度 （1） 促进主反应， 抑制副反应 （2） 温度、 压强除了兼顾速率和产率， 还需考虑成本、 安全 （3） 浓度提高目标(或高价值)反应物转化率， 产品和反应物尽可能易分离 （4） 催化剂保证活性好， 选择性好 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 选择化学反应 综合分析反应焓变和熵变， 选择具有正向自 发趋势的反应。 确立项目 利用工业废气中的CO2合成CH3OH 综合优化条件 选择反应条件 项 目拆解 催化剂 浓 度 温 度 压 强 平衡 速率 选择条件 速率、 化学平衡 （定性、 定量） 、 调控主副反应 文献、 实验寻找证据-实验偏差分析-获得结论 设计化学反应解决实际问题的一般思路： 原子经济、 原料来源、 反应能效等 兼顾成本、 工 艺、安全性等 优化条件 判断方向 确定反应 寻找反应 焓判据、 熵判据 元素、 价态 $