第二章化学反应的方向、限度和速率 本章复习课件 -2026-2027学年高二上学期化学沪科版选择性必修1

化学反应的方向、限度和速率本章复习 1 知识结构图 化学反应的方向、限度和速率 1.自发反应 2.判据： H－TS 1.定量描述： 化学平衡常数 2.影响因素： 温度、浓度、压强等 1.定量描述： 化学反应速率 2.影响因素： 温度、浓度、 压强、催化剂等 方向 限度 速率 2 提出问题 CH3OCH3 CO2 【活动】阅读资料，提出问题。 资料一 二甲醚CH3OCH3（DME）正逐渐替代化石燃料，成为21世纪的清洁燃料。如果能利用工业废气CO2制备二甲醚，可以实现CO2的再利用，是实现“碳中和”目标的重要途径。 设计化学反应 选择反应条件 【问题】1、CO2制备CH3OCH3的反应原理是什么？ 2、要实现该反应，需要哪些反应条件？ 3、实际工业生产中，还需要考虑哪些问题？ 优化反应条件 3 任务一 选择合适的化学反应 问题1：由CO2为原料，设计生成CH3OCH3的化学反应。 ②2CO2(g) + 3H2O(g) = CH3OCH3(g) + 3O2(g) ①2CO2(g) + 6H2(g) = CH3OCH3(g) + 3H2O(g) …… CO2 CH3OCH3 元素守恒 这些设计的反应路线在生产中是否可行呢？ 反应方向 4 任务一 选择合适的化学反应 ②2CO2(g) + 3H2O(g) = CH3OCH3(g) + 3O2(g) ①2CO2(g) + 6H2(g) = CH3OCH3(g) + 3H2O(g) 反应② ΔH>0 ΔS<0 不自发 反应① ΔH<0 ΔS<0 与温度条件有关 ΔH－TΔS<0 反应能自发进行 ΔH－TΔS=0 反应达平衡状态 ΔH－TΔS＞0 反应不能自发进行 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS<0 【资料二】 反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ① －122.4 －378.4 T>323K 低温自发 5 问题2：反应①能进行到什么程度？ 任务一 选择合适的化学反应 表1 CO2和氢气合成二甲醚的平衡常数与温度 温度/K 423 473 523 573 623 平衡常数K 1.35×107 1.26×105 4.06×103 1.58×102 41.82 K < 10－5 K > 105 进行得较完全 K 10－5～105 可逆 反应很难进行 6 任务二 选择适宜的反应条件 2CO2(g) + 6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g) + 3H2O(g) ΔH<0 条件选择 化学平衡移动 化学反应速率 应如何选择反应条件，以增大反应速率、提高平衡混合物中二甲醚的含量？ 加压 降温 改变浓度 加压 升温 改变浓度 催化剂 7 任务三 优化反应条件 资 料 三 主反应 副反应 ① 2CO2(g)+6H2(g) ⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g) △H₁<0 ② CO₂(g)+H₂(g) ⇌CO(g)+H₂O(g) △H₂>0 从理论分析到化工实际， 还需要对反应条件进行优化。 8 任务三 优化反应条件 资料四 以CO2、H2为原料制备二甲醚CH3OCH3(DME)。在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1:3投料，测得CO2平衡转化率、CO的选择性和二甲醚的选择性随温度的变化如右图1所示。 图1 温度对转化率和选择性的影响 活动一：结合资料数据优化反应条件——确定温度 （陈高明.CO2加氢合成二甲醚Cu-Zn/HZSM-5催化剂的改性研究[D].昆明理工大学,2010, 3: 19-23.） 二甲醚选择性 CO选择性 9 任务三 优化反应条件 问题1：分析温度对CO2转化率和各产物选择性的影响规律。 随温度的升高，CO₂的转化率先减小后增大，CO的选择性逐渐增大，二甲醚(DME)的选择性逐渐降低。 活动一：结合资料数据优化反应条件——确定温度 10 任务三 优化反应条件 问题2：随着温度升高,为什么CO₂的转化率先减小后增大？ 活动一：结合资料数据优化反应条件——确定温度 平衡 升温 ①逆向 ②正向 低温,①为主 高温,②为主 主次 关系 速率 升温 速率快 降温 速率慢 生产 效率 促进主反应 抑制副反应 反应物的转化率 目标产物选择性 生产效率 催化剂的活性温度 11 任务三 优化反应条件 资料五 在假定温度533K,原料n(H₂)/n(CO₂)=3:1的条件下，压力对二氧化碳加氢直接合成二甲醚的影响如右图所示。 图2 压强对转化率和选择性的影响 活动二：结合资料数据优化反应条件——确定压强 随着压强的增大，CO2的转化率和二甲醚的选择性增大，CO的选择性减小。 （陈高明.CO2加氢合成二甲醚Cu-Zn/HZSM-5催化剂的改性研究[D].昆明理工大学,2010, 3: 19-23.） 12 任务三 优化反应条件 问题1：分析温度对CO2转化率和各产物选择性的影响规律。 活动二：结合资料数据优化反应条件——确定压强 问题：压强是越高越好吗？ 优化反应条件时还需要考虑什么问题？ 条件选择 化学平衡移动 化学反应速率 工业设备成本 实际生产 13 任务三 优化反应条件 资料六 以CO2、H2为原料制备二甲醚CH3OCH3(DME)。在温度533K,压力3MPa的条件下，如右图所示。选择合适的原料气中氢碳比？ 图3 氢碳比对转化率和选择性的影响 活动三：结合资料数据优化反应条件——确定最佳投料比 （陈高明.CO2加氢合成二甲醚Cu-Zn/HZSM-5催化剂的改性研究[D].昆明理工大学,2010, 3: 19-23.） 14 任务三 优化反应条件 随着氢碳比的增大，二氧化碳的转化率起初增加较快，之后增幅减小，DME的选择性一直增大，而CO的选择性逐渐减小，反应体系中理论氢碳比为3:1。 活动三：结合资料数据优化反应条件——确定最佳投料比 15 任务三 优化反应条件 活动四：结合资料数据优化反应条件——确定催化剂 催化剂对反应速率的影响 使用催化剂 降低活化能 增加单位体积内活化 分子的百分数 化学反应速率加快 16 任务三 优化反应条件 问题1：分析温度对CO2转化率和各产物选择性的影响规律。 活动四：结合资料数据优化反应条件——确定催化剂 催化剂组成对CO2转化率和二甲醚选择性的影响 催化剂类型 CO2转化率（％） 二甲醚选择性（％） 特点 金属氧化物Cu-Zn-Al-O 25-32 0 无脱水活性 分子筛HZSM-5 <5 95-98 无法活化CO2 复合催化剂 Cu-Zn-Al-O/HZSM-5 40-48 70-78 活性位点密集 工业量产首选 17 如果你是工程师，可以从哪些角度分析，为工厂利用工业 废气中的CO2合成二甲醚选择合适的反应条件？ 反应方向 化学平衡 化学反应速率 任务三 优化反应条件 主副反应 生产实际 1、适宜的温度 2、开发高效催化剂 3、适宜的压强 4、增加反应物浓度或减少生成物浓度 18 反应设计 价类 二维 反应方向 条件选择 条件优化 反应设计 化学平衡移动 化学反应速率 化学反应 实际生产 理论分析 实际生产 总 结 知识结构图 分析问题的思路模型 解决实际问题 19 课后作业： 1.二氧化碳综合利用是实现碳中和的关键问题。有科学家设想利用工业中的废气二氧化碳合成甲醇，将大气中的碳以有机物的形式固定下来。请利用本节课所学的知识分析这种方法的可行性。 2.你还可以提出哪些方法对二氧化碳综合利用？ 化学反应的方向、限度和速率本章复习 20 谢 谢 观 看！ $