高中化学《合成甲醇反应条件的优化与选择》学案.docx

1、OECD-经济合作与发展组织 碳中和（carbon neutrality）， 排放量“收支相抵”。 2021 年 9 月 24 日国际 学术期刊科学杂志在 线发表了中科院天津工业 生物技术研究所 在淀粉人工合成方面取 得突破性进展，在国际上 CO2(g)CH 3OH(g) 条件的优化与选择 讨论：我们如何高效实现这一步的转化呢？ 实际化工生产时，应需考虑哪些问题呢？ 多产、省钱 快速 经济效益（多、快、省）和社会效益（环境好） 绿水青山就是金山银山 从 CO2到 CH3OH，需要氢源。若以 H2和 H2O 作为氢 源， 尝试写出反应的化学方程式。 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H

2、2O(g) CO2(g)+2H2O(g)CH3OH(g)+3/2O2(g) 反应H/(kJ/mol)S/(Jmol-1K-1) -48.97-177.16 +676.48-43.87 1. 你认为哪个反应更适宜于甲醇的工业生产？请说明理由。 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=-48.97kJ/mol CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.17kJ/mol（副反应） 1. 在选择适宜的反应条件时，你会考虑哪些因素? 2. 请分析此反应的特征有哪些？ 3. 利用学过的知识从反应速率和反应限度两方面为该反应选 择合适的反应条件，填在表格内。 CO2

3、(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=-48.97kJ/mol CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.17kJ/mol（副反应） 1. 在选择适宜的反应条件时，你会考虑哪些因素? 2. 请分析此反应的特征有哪些？ 3. 利用学过的知识从反应速率和反应限度两方面为该反应选 择合适的反应条件，填在表格内。 外部条件理论分析 浓度增大反应物的浓度 压强加压 温度降温 催化剂合适的催化剂 1. 分析表 1 中其他条件一定时，n(H2)/n(CO2)的值对 CO2转化率和 CH3OH 产率的影响规律。 2. 分析图 1 中其他条件一定时， 压 强 CH3OH 产

4、率的影响规律是怎 样 的，请分析原因。 3. 分析图 2 中数据，在其他条件 一定时，温度对 CH3OH 产率 的 影响规律是怎样的？ 4. 分析表 2 中的数据，在其他条件一定时，不同的催 化剂对 CH3OH 的产率和反应的选择性有什么影 响？ 据此判断此反应需要催化剂吗？你会选哪一 种呢？ 根据本节的讨论与研究，你是如何设计合成甲醇的制备 方案实现“碳中和”的？小组讨论，形成方案，小组展示。 外部条件理论分析实际生产 浓度增大反应物的浓度n（H2）：n（CO2） =3:1 压强加压 5MPa 左 右 温度降温 适宜温度（520K 左 右） 催化剂合适的催化剂 使用铜基催化剂、选择性好、 活

5、性高 高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 对催化剂活性的影响等 【对接高考】(2020 山东高考题) +40.9 【对接模拟题】(2020 八省联考题)CO2和 CO 可作为工业合成甲 醇 (CH3OH)的直接碳源，还可利用 CO2根据电化学原理制备塑料， 既减少工业生产对乙烯的依赖，又达到减少 CO2排放的目的。 (1)利用 CO2和 H2反应合成甲醇的原理为：CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)。 上述反应常用 CuO 和 ZnO 的混合物作催化剂。相同的温度和 时间段内，催化剂中 CuO 的质量分数对 CO2的转化率和 CH3OH 的 产率影响的实验数据如下表所示： 由表可知，CuO 的质量分数为_催化效果最佳。60% 目前“碳中和”理念指导下科学技术开 发措施很多，理论应用很广泛。请你在课 后，选择一个目标产物，运用本项目中学 到的思路和方法： 1.尝试设计目标产物的合成反应，并根据 资料中的焓变和熵变值初步判断自发性； 2.通过理论分析，为反应选择适合的条件， 并思考如何尝试实验，为我们的“碳达 峰”“碳中和”做出一点贡献！