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(共16张PPT)
探秘“碳中和”之旅
思考讨论
反应 △H/（KJ/mol） △S/（J/mol/K）
① CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) -48.97 -177.16
+192.5 -132.7
任务一：设计并选择“碳中和”反应
问题1:利用自由能判据:△G = △H - T△S 判断反应能否自发进行？
思考讨论
任务二：选择“碳中和”反应的适宜条件
问题2：根据“碳中和”反应特点，选择怎样的反应条件，以增大“碳中和”反应的速率，提高平衡混合物中甲醇的含量？
条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果
压强
催化剂
温度
浓度
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H<0
增大压强
增大压强
增大压强
升高温度
降低温度
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂的活性
使用
无影响
使用
增大反应物浓度
增大反应物浓度
降低生成物浓度
增大反应物的浓度，且及时将产物分离出去
思考讨论
任务三：优化“碳中和”反应的适宜条件
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
问题3：随着压强的增大，二氧化碳转化率和甲醇产率是如何变化的？分析变化趋势的原因？
问题4：实际工业生产中选择了5MPa，可能的理由是什么？
注：含铜作催化剂，使用原料气氢碳比3:1，温度为523K
思考讨论
注：含铜作催化剂，使用原料气氢碳比3:1，压强为5MPa
问题5：适宜的温度选取多少？
资料卡片：不同温度下甲醇的产率
任务三：优化“碳中和”反应的适宜条件
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
催化剂
活性
问题6：分析曲线变化趋势的原因？
思考讨论
任务三：优化“碳中和”反应的适宜条件
资料卡片：测定不同温度下催化剂活性和甲醇的选择性
问题7：对比数据，选择合适的催化剂，简述理由。
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
归纳总结
任务三：优化“碳中和”反应的适宜条件
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
外部条件 “碳中和”反应的适宜条件
压强
温度
催化剂
5Mpa左右
530K左右
CuO、ZnO为基料；ZrO2、MnO为辅料
选择适宜生产条件的流程
主要利用反应热和熵变分析反应的方向性等
01 分析反应特点
03 选择适宜条件
使用数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选
02 原理分析
利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件
04 优化条件
思维建模
根据工业的实际情况、经济效益、生产设备及环保要求等最终确定适宜的条件
对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
原理分析
ΔH＝－92.4 kJ/mol
增大
升高
增大
加入催化剂
降低
无影响
增大
增大
根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？
N2＋3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
学以致用
参照“碳中和”的思路并结合所学内容来思考工业合成氨生产条件的选择？
思考1.利用化学平衡理论如何提高氨的含量？
学以致用
思考2.利用化学反应速率理论如何提高单位时间里氨的产量？
思考3.从环境和设备角度综合选择反应条件？
（1）浓度：
（2）温度：
（3）压强：
（4）催化剂：
使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。
400-500℃左右 （温度低，有利于增大平衡混合气中的含量，但反应速率太慢。 500℃，催化剂活性最大）
10~30MPa(压强过高，对设备材质和生产条件提出了更高的要求)
铁触媒(能加快化学反应速率，对平衡无影响)
学以致用
在硫酸工业中:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH ＝－196.6 kJ/mol
下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。
温度/℃ 平衡时的转化率% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是___________________________。
（2）在实际生产中，选定的温度为400~500℃，原因是
（3）在实际生产中，采用的压强为常压，原因是
（4）在实际生产中，通入过量的空气，原因是_________________。
（5）尾气中的SO2必须回收，原因是_________________。
450℃，10MPa
温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，二氧化硫的转化率会降低
结合表中数据可知，常压下的转化率已经很高，增大压强时，转化率提升不明显，但对材科的强度和设备制造的要求均提高很多，因此实际生产中采用的压强为常压。
增大氧气的浓度，提高二氧化硫的转化率。
防止污染环境，同时提高其转化率。
学习感悟
1.研究反应的一般思路：方向、速率、限度
2.实现化学反应的调控，综合考虑限度和速率
[2022·全国甲卷] 金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因　 。
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是
真题链接
为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
将两固体粉碎后充分混合
探秘“碳中和”之旅

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