人教版高中化学选择性必修1第2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

这是一份人教版高中化学选择性必修1第2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，共29页。

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2 L的密闭容器内加入2 mol的CO和6 mol 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(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2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，进行题述反应，10 min 时反应达到平衡，0～10 min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活动　请判断以上两个反应在273 K时能否自发进行。[提示]　反应①，ΔH－TΔS＝－48.97 kJ·mol-1－273 K×(－0.177 16 kJ·mol-1·K-1)≈－0.61 kJ·mol-1＜0，故反应能自发进行。反应②，ΔH－TΔS＝＋676.48 kJ·mol-1－273 K×(－0.043 87 kJ·mol-1·K-1)≈＋688.46 kJ·mol-1>0，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＝－49.4 kJ·mol-1反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·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＝－49 kJ·mol-1；ⅱ.副反应为CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝a kJ·mol-1。(1)CO催化加氢也可得到气态甲醇，写出该反应的热化学方程式：__________________________________________________________。CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝－(49＋a) kJ·mol-1(2)在恒温恒压条件下，向密闭容器中通入3 mol H2(g)、1 mol CO2(g)，CO2(g)的平衡转化率及CH3OH(g)的平衡产率随温度的变化如图所示。①一定温度下，CH3OH的平衡产率小于CO2的平衡转化率的原因是________________________，由此知a________0(填“>”或“＜”)。②T1K前后，CO2的平衡转化率先降低后升高，原因是_______(填字母)。A．T1K前反应没有达到平衡，T1K后反应达到平衡B．T1K前以反应ⅰ为主，T1K后以反应ⅱ为主C．反应ⅰ、ⅱ在T1K前生成CO2，在T1K后消耗CO2有一部分CO2转化为CO＞B 0.092.08[解析]　(1)①CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol-1②CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g) ＋H2O(g)　ΔH2＝a kJ·mol-1由盖斯定律①－②得CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH＝(－49－a) kJ·mol-1(2)①随温度升高，副反应(反应ⅱ)反应程度逐渐增大，有一部分CO2转化为CO，即CO产率增大，故a>0。②A.图像上的点均为平衡点，故A错误；B.T1K前以反应ⅰ为主，升温CO2转化率减小，T1K后以反应ⅱ为主，升温，平衡右移，CO2转化率增大，故B正确；C.T1K前也有CO2消耗，只是消耗量小于生成量，T1K后为消耗量大于生成量，故C错误。  (2)写出一种提高NH3产率的方法：____________________________。462及时分离出氨(或其他合理答案)(3)恒温恒容下，向密闭容器中充入一定量的N2和H2，则下列条件中一定能判断该反应达到平衡状态的是______(填字母)。a．N2和NH3的浓度相等b．NH3的生成速率是N2的消耗速率的2倍c．容器中气体的平均摩尔质量不变d．NH3的百分含量保持不变cd(4)向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生合成氨反应，平衡时，NH3的体积分数随压强和温度的变化如图所示。①p1、p2、p3由小到大的顺序是_____________。②若p2＝1.6 MPa，则T1 K温度下，M点对应的H2的平衡转化率为______(保留3位有效数字)%，压强平衡常数Kp＝________MPa-2(Kp为用平衡分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。p1＜p2＜p3　66.7