人教版高中化学选择性必修1第二章课题以“工业废气中的CO2为碳源制取甲醇”为载体解决速率和平衡问题课件.ppt

情境活动课课题以“工业废气中的CO2为碳源制取甲醇”为载体解决速率和平衡问题第二章化学反应速率与化学平衡我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。因此，研发CO2利用技术、降低空气中CO2含量成为化学科学家研究的热点。利用工业废气中的CO2可制取甲醇，二氧化碳是工业废气中的常见物质，有关二氧化碳的综合开发利用越来越受到人们的关注。甲醇(CH3OH)是一种基础有机化工原料，广泛应用于有机合成、医药、农药、染料、高分子等化工生产领域，如果能利用含有二氧化碳的工业废气为碳源合成甲醇，既可为减少二氧化碳的排放提供一种良好的解决方法，又可为甲醇的合成提供一条绿色新途径，意义重大。在一容积为2L的密闭容器内加入2mol的CO和6mol的H2，在一定条件下发生如下反应：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)ΔH＜0。该反应的逆反应速率与时间的关系如图所示：影响化学反应速率和化学平衡的因素活动1由图可知反应在t1、t3、t7时都达到了平衡，而在t2、t8时都改变了条件，试判断t2、t8时改变的条件可能是什么？[提示]t2时改变的条件为升高温度或增加CH3OH浓度；t8时为加入催化剂。活动2若t4时降压，t5时达到平衡，t6时增大反应物的浓度，请在图中画出t4～t6时逆反应速率与时间的关系曲线。[提示]活动3若容器容积不变，哪些措施可增大甲醇产率？[提示]降低温度、增大压强、将CH3OH从体系中分离等。活动1工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示：化学平衡常数的应用化学反应平衡常数温度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)??CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)??H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)K3??(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反应③为吸热反应还是放热反应？(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，判断此时反应v正和v逆的大小关系。活动2为探究用CO2生产燃料CH3OH的反应原理，现进行如下实验：在T℃时，向2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2，进行题述反应，10min时反应达到平衡，0～10min内，H2的反应速率为0.09mol·L-1·min-1。该温度下的平衡常数K＝________(保留三位有效数字)。化学反应进行的方向反应ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(J·mol-1·K-1)①－48.97－177.16②＋676.48－43.87活动请判断以上两个反应在273K时能否自发进行。[提示]反应①，ΔH－TΔS＝－48.97kJ·mol-1－273K×(－0.17716kJ·mol-1·K-1)≈－0.61kJ·mol-1＜0，故反应能自发进行。反应②，ΔH－TΔS＝＋676.48kJ·mol-1－273K×(－0.04387kJ·mol-1·K-1)≈＋688.46kJ·mol-10，故反应不能自发进行。热化学法将CO2转化为甲醇。CO2催化加氢主要反应：反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.4kJ·mol-1反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol-1工业生产条件的选择[提示]反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，随着温度升高，反应Ⅰ向逆反应方向进行，甲醇的选择性降低，反应Ⅱ向正反应方向进行，CO的选择性增大，则曲线①代表CH3OH的选择性，曲线②表示不同温度下CO2转化率。活动2比较压强p1和p2的大小？[提示]反应Ⅰ是反应前后气体物质的量减少的反应，反应Ⅱ是反应前后气体物质的量不变的反应，相同温度下，增大压强，有利于反应Ⅰ向正反应方向进行，CO2的平衡转化率增大，根据图像可知，p1＞p2。活动3温度高于250℃，曲线②或曲线③上升的原因是什么？[提示]温度高于250℃，曲线②、③上升且逐渐接近，说明此时反应以反应Ⅱ为主。1．将CO2转化为CH3OH等有机物是资源化利用CO2的途径之一。已知：ⅰ.主反应为CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－