资源简介

(共17张PPT)
探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇
大单元教学设计与实践
学科大概念：化学反应有一定的方向、限度和速率，是可以调控的。
单元教学主题：探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇-化学
反应选择与反应条件优化。
单元教学任务：构建化学反应速率与化学平衡原理在实际生活、生产
中的应用的思维模型。
课堂导入
低碳生活
课堂导入
课堂导入
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,树立绿色化学观念,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。
项目活动1：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
反 应 可 行
反应不可行
项目活动2：选择适宜的反应条件
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
主反应：
298 K 时，ΔH=+41.17 kJ.mol-1 ΔS=+42.08 J.mol -1·K-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
副反应：
298 K 时，ΔH=-48.97 kJ.mol-1 ΔS=-177.16J.mol -1·K-1
交流研讨：
如果你是生产企业的设计者，选择反应条件时，需要考虑哪些角度，又需要考虑哪些因素？请尝试为上述合成甲醇的反应选择合适的条件，并说明理由。
项目活动2：选择适宜的反应条件
实际生产
温度
压强
浓度
催化剂
低温
高压
补充反应物
分离产物
条件选择
考虑角度
限度
速率
副反应
高温
高压
补充反应物
催化剂
经济、环保
设备安全
抑制
项目活动3：优化反应条件——浓度（投料比）
资料卡片1
思考与讨论：
1.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？
2.类比工业合成氨反应的优化，理论上选择n(H2):n(CO2)=？
项目活动3：优化反应条件——压强
资料卡片2
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？
项目活动3：优化反应条件——温度
资料卡片3
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
交流讨论：
1. 随着温度升高，为什么甲醇
的产率先增大后减小？
2. 结合资料3、4工业生产应该
选择怎样的温度？为什么？
资料卡片4:以Cu、CuO为主要活性成分的铜基催化剂，活性温度范围通常为433-543k。
项目活动3：优化反应条件——催化剂
资料卡片5
交流讨论：工业生产中应该选择第几组催化剂？依据是什么？
综 合 优 化 方 案
温度/K
n(H2)/n(CO2)
压强/MPa
催化剂
3:1
中低压4-5
CuO/ZnO/ZrO2/MnO
520左右
在工业生产中，还要考虑成本、工艺、安全性等多方面因素，如配置一些辅助装置：CO2富集装置、甲醇与水分离装置、副产物CO回收装置等。
项目成果展示
归纳总结设计化学反应解决实际问题的一般思维模型。
1、在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化为SO3：2SO2＋O2 2SO3 ΔH< 0，已知常压下平衡混合气体中SO3的体积分数为91%。试回答：
(1)在生产中常用过量的空气原因：
。
(2)加热到400 ℃～500 ℃的原因：
。
(3)压强采用________，原因：
。
1.保证催化剂活性达到所需要的最佳温度 2.提高反应速率
增大O2浓度，提高SO2的转化率
常压与高压时SO2的转化率相差不大，高压对设备及动力系统要求高，成本高
常压
2、以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H20(g) ΔH1=-49.5KJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4KJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H20(g) ΔH3=+49.5KJ·mol-1
不同压强下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，实验
测定CO2的平衡转化率随温度的变化关系如乙图所示。
（1）压强p1、p2、p3由大到小的顺序为：
。
（2）图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是：
。
P1>p2>p3
T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响

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