人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡本单元综合与测试导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡本单元综合与测试导学案，共5页。学案主要包含了情境创设，探究过程，探究任务一：方案设计，项目成果展示等内容，欢迎下载使用。










探究合成甲醇的原料





【情境创设】
素养解读
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，其消费量在有机原料中仅次于乙烯、丙烯和苯，位居第四位。随着能源结构的改变，甲醇将成为21世纪具有竞争力的清洁燃料之一。它易传输，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料。目前，


世界上大多数国家以天然气为主要原料来合成甲醇，在我国则是以煤和重渣油为主要原料。这些原料都日渐减少，人们正在积极寻找新的碳源来合成甲醇。
1.素养要求——科学探究与创新意识：能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案。


2．素养目标：通过“二氧化碳合成甲醇的探究”，学习利用化学反应速率、化学平衡、化学反应方向解决工业生产中的实际问题，培养自主探究的能力与创新意识。
【探究过程】
素养评价
【探究任务一：方案设计】


(1)判断所设计化学反应能否自发进行


利用二氧化碳合成甲醇，还需要寻找氢源。如果选取常见的水或氢气作为氢源，你可能设计出以下两个反应。


①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)


②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋eq \f(3,2)O2(g)


反应
ΔH/(kJ·ml－1)
ΔS/(J·ml－1·K－1)

①
－48.97
－177.16

②
＋676.48
－43.87

注：反应条件为温度298 K，各气体分压100 kPa。


请运用焓变、熵变的相关知识，判断以上两个反应能否正向自发进行。


提示：反应①，ΔH－TΔS＝－48.97 kJ·ml－1－298 K×(－0.177 16 kJ·ml－1·K－1)＝3.82 kJ·ml－1＞0，该反应属于放热熵减反应，降低温度时正向反应自发进行。


反应②，ΔH－TΔS＝＋676.48 kJ·ml－1－298 K×(－0.043 87 kJ·ml－1·K－1)＝＋689.55 kJ·ml－1＞0，该反应属于吸热熵减反应，在任何温度下正向反应均不自发进行。


【探究任务二：选择适宜的生产条件】


研究发现，二氧化碳和氢气反应合成甲醇时，通常还伴随发生以下副反应：


③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)


该反应的焓变为＋41.17 kJ·ml－1、熵变为＋42.08 J·ml－1·K－1，为吸热的熵增加反应。由“ΔH－TΔS判断”可知，高温下该反应能正向自发进行。


对于选定的反应，在初步判断其可以在一定温度和压强下正向自发进行后，我们还需要结合理论分析和实验数据，选择适宜的反应条件，促进主反应，抑制副反应，以尽可能高效率地获得预期产物。


(2)为了提高甲醇的产率和反应速率，减少副反应的发生，在选择适宜的反应条件时，你会考虑哪些影响因素？这些因素可能对主反应和副反应产生什么影响？你预测的理论依据是什么？


提示：在选择反应条件时需要考虑温度、浓度、压强、催化剂等影响因素。


分析总压的影响可知，对于Δνg＜0的反应①，增大总压，有利于该反应的平衡正向移动。但对于Δνg＝0的副反应③，总压的改变不会使其平衡移动。因此，增大总压，甲醇的产率会提高。


从温度角度看，升温不利于放热的主反应①正向进行，不利于该平衡的正向移动，但利于吸热的副反应③正向进行，利于其平衡的正向移动。因此，温度越高，甲醇的产率越低。


(3)综合各方面的因素，为反应①选择适宜的反应条件。以真实的工业生产为目标，你还可以提出哪些手段提高甲醇的产率？


提示：配置二氧化碳富集装置、甲醇与水的分离装置，以及副产物一氧化碳的回收循环装置等，来提高甲醇的产率。


【项目成果展示】 概述针对目标的化学反应设计过程及理论依据



科学探究——水平1：能利用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。


科学探究——水平2：具有较强的问题意识，能与同学讨论设计的思路和提出实验后感，独立完成探究任务，交流探究成果。


证据推理—水平3：能依据反应特征寻找充足的证据，能解释证据和结论之间的关系。


证据推理—水平4：能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型。