2.5微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇-（ppt同步课件）【学而思】2026-2027学年高二化学选择性必修一（鲁科版）

该高中化学课件聚焦化学反应的方向、限度与速率，以“利用工业废气中二氧化碳合成甲醇”为微项目，衔接化学平衡、反应热等教材知识，搭建从理论原理到工业应用的学习支架。 其亮点在于以真实情境为载体，整合联考真题、高考题解析及方法点拨，通过平衡移动分析、Kp计算培养科学思维，反应历程探究体现科学探究与实践，渗透环保与资源利用的科学态度与责任。学生能提升理论应用能力，教师可高效开展教学。

第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 微项目　探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 第1讲　描述运动的基本概念 衔接教材 1.[教材深研拓展][2026湖北部分高中协作体联考]CO2催化加氢制取甲醇的研究,对于环境、能源问题 都具有重要的意义。反应如下: 反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH1=-48.97 kJ·mol-1 反应ⅱ:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH2=+41.17 kJ·mol-1 下列说法不正确的是 (　　　) A.在恒温恒容条件下,增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率 B.增大压强,有利于生成甲醇,反应ⅰ的平衡常数增大 C.升高温度,生成甲醇的速率加快,反应ⅱ的限度同时增大 D.选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比例 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　二氧化碳和氢气均为反应物,在恒温恒容条件下增大氢气浓度,二氧化碳转化率会增大,故A正 确;反应ⅰ为反应前后气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,反应物CO2(g)和H2(g)的量减少,反 应ⅱ平衡逆向移动,所以加压有利于生成甲醇,但确定反应的平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平 衡常数不变,所以增大压强反应ⅰ的平衡常数不变,故B错误;升高温度,题给两反应的化学反应速率都 增大,反应ⅱ为吸热反应,升高温度,反应ⅱ平衡正向移动,其反应限度增大,故C正确;选用理想的催化剂 可以提高甲醇在最终产物中的比例,故D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[甄选真题][2024海南高考]已知298 K,101 kPa时,CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH= -49.5 kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行,CO2的初始浓度为0.40 mol·L-1, c(CO2)-t关系如图所示。下列说法错误的是 (　　　) A.T1>T2 B.T1下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1 C.使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大 D.使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同 　D     第1讲　描述运动的基本概念 解析    T1温度下平衡时c(CO2)比T2温度下大,即温度由T1到T2平衡正向移动,正反应是一个放热反应,降 低温度平衡正向移动,所以T1>T2,A正确;T1温度下达到平衡时c(CO2)=0.25 mol·L-1,Δc(CO2)=0.40 mol·L-1- 0.25 mol·L-1=0.15 mol·L-1,则T1温度下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1,B正确;在温度均为T1时,使 用催化剂1达到平衡所需要的时间比使用催化剂2更长,则使用催化剂1的反应活化能比使用催化剂2的 大,C正确;使用催化剂2和催化剂3达到平衡所需要的时间是相同的,但温度不同,CO2的平衡转化率不同, 说明使用催化剂2和催化剂3的反应历程不相同,D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 方法点拨 化学反应速率与化学平衡图像题的解题思路 第1讲　描述运动的基本概念 3.[2026山东济宁质量检测]从CO2捕获技术应用中分离出CO2并用作原料气体来合成基础化工品是很 有前景的方法。 (1)CO2与H2在某催化剂作用下可以生成甲醇,反应如下:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH<0。 反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,如*CO2表示单个CO2分子吸附在催化剂表面; 图中*H已省略)。   第1讲　描述运动的基本概念 ①上述合成甲醇的反应历程中决定反应速率的步骤是________________________________(用化学方 程式表示)。 ②有利于提高平衡时CO2转化率的措施有_______(填字母)。 a.使用催化剂　　　　　　　b.增大压强 c.增大CO2和H2的投料比　　d.降低温度 (2)在催化剂(Ni/xMg)作用下CO2和H2反应还可以生成甲烷,反应如下:CO2(g)+4H2(g)  CH4(g)+2H2O (g)。以5 mol H2和1 mol CO2为初始原料,保持总压为p0发生反应,不同温度下在相同时间测得CO2的转 化率如图。 　bd         *HCOO+*H  CO+*H2O     第1讲　描述运动的基本概念   ①三种催化剂中,催化效果最好的是______________。使用Ni催化反应,1.2 min达到A点,化学反应速率v (H2)=________g·min-1。 　4.8     　Ni/0.05Mg     第1讲　描述运动的基本概念 ②B点的压强平衡常数Kp计算式为_________________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×气 体物质的量分数)。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)①决定反应速率的步骤是活化能最大的步骤,由题图可知,该步骤的化学方程式为*HCOO+*H   *CO+*H2O。 ②催化剂不影响平衡转化率,a不符合题意;反应CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)为反应前后气体 物质的量减小的反应,增大压强,平衡正向移动,可提高CO2的平衡转化率,b符合题意;增大CO2和H2的投 料比,CO2的转化率降低,H2的转化率提高,c不符合题意;该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,可 提高CO2的平衡转化率,d符合题意。 (2)①由题图可知,三种催化剂中,Ni/0.05Mg催化时速率更快,效果更好;使用Ni催化反应,1.2 min达到A 点,CO2的转化率为72%,参与反应的CO2的物质的量为0.72 mol,所以参与反应的H2的物质的量为2.88 mol,化学反应速率v(H2)= =4.8 g·min-1。 ②B点达到了平衡状态,CO2的转化率为90%,列三段式: 第1讲　描述运动的基本概念 　　　　 　CO2(g)+4H2(g)  CH4(g)+2H2O(g) 起始/mol　　1　　 5　 　0　 　0 转化/mol　　0.9　　3.6　　 0.9　　1.8 平衡/mol　　0.1　　1.4　 0.9　　1.8 Kp= 。 第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 微项目　探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 第1讲　描述运动的基本概念 [2026广东广州广雅中学期中](1)在恒温恒容的密闭体系中进行反应CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+ H2O(g)。 ①下列示意图正确且能说明该反应进行到t1时刻达到平衡状态的是_______(填字母)。 　AC     第1讲　描述运动的基本概念 ②下列有利于提高CO2的平衡转化率的措施有_______(填字母)。 A.使用更加高效的催化剂 B.充入少量氦气(He) C.减小起始投料比[ ] D.将水蒸气及时分离出来 　CD     第1讲　描述运动的基本概念 (2)一定条件下,将2 mol CO2和4 mol H2充入一密闭容器中,发生反应:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O (g),CO2的平衡转化率与温度、平衡总压强的关系如图所示。   ①p1、p2、p3由大到小的顺序为________________。     p3>p2>p1     第1讲　描述运动的基本概念 ②在p3条件下255 ℃时,该反应的压强平衡常数为________________(Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总 压×物质的量分数)。 (3)将CO2和H2按体积比1∶3混合,在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ: 反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH<0 反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH>0 ①若反应在恒压条件下进行,在相同时间段内CH3OH的选择性和产率随温度变化如图(其中,CH3OH的 选择性= ×100%)。      (MPa)-2     第1讲　描述运动的基本概念   根据上图判断合成甲醇适宜的工业条件是____________________________。 ②在520 K下,催化剂为Cu-Zn-Al-Zr纳米纤维,其他条件相同,反应相同时间,甲醇体积分数与压强关系 如图所示 　230 ℃,催化剂选用CZ(Zr-1)T     第1讲　描述运动的基本概念   当压强小于p0 MPa,CH3OH体积分数随压强增大而变大,其原因是_______________________________ _______________________________________________。当压强大于p0 MPa,CH3OH体积分数急 剧降低,其原因可能是____________________________。 　压强太大甲醇由气态变为液态     　当压强小于p0 MPa,增大压强可 加快反应速率同时有利于反应向生成CH3OH的方向进行     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)①反应未达平衡前,CO2的质量分数发生变化,t1时刻后CO2的质量分数不再变化,说明t1时刻反 应达到了平衡状态,A正确;当c(CH3OH)不再变化时反应达到平衡状态,t1时刻后c(CH3OH)还在改变,说 明t1时刻反应未达到平衡状态,B错误;反应正向进行时,n(CH3OH)增大的同时n(CO2)减小,因此反应未达 平衡时 是变量,t1时刻后其不再变化,说明反应达到了平衡状态,C正确;t1时刻甲醇和CO2的物 质的量相等,该时刻后两物质的物质的量还在发生改变,故t1时刻反应未达到平衡状态,D错误。②催化 剂不能改变反应的限度,使用高效催化剂不能提高CO2的平衡转化率,A错误;反应在恒温恒容条件下进 行,充入稀有气体He平衡不移动,B错误;减小起始投料比[ ],CO2平衡转化率增大,C正确;将水蒸 气及时分离出来,有利于反应正向进行,可提高CO2的平衡转化率,D正确。(2)①该反应为反应前后气体 分子数减小的反应,其他条件一定,压强越大,CO2的平衡转化率越高,故p3>p2>p1;②压强为10 MPa,温度 为255 ℃时,CO2的平衡转化率为60%,列三段式如下: 第1讲　描述运动的基本概念 CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g) 起始/mol　　2　　 4　　 0　 　 0 转化/mol　　1.2　　3.6　　 1.2　 　1.2 平衡/mol　　0.8　　0.4　 　1.2　　 1.2 平衡时气体总物质的量为3.6 mol,Kp= =  (MPa)-2=  (MPa)-2。 (3)①由题图可知,使用催化剂CZ(Zr-1)T时甲醇的选择性和产率均更高,230 ℃时,在催化剂CZ(Zr-1)T催 化下甲醇产率最高,所以在题给条件下合成甲醇的适宜条件是230 ℃、催化剂选用CZ(Zr-1)T。 第1讲　描述运动的基本概念 $