《探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇-化學(xué)反應(yīng)選擇與反應(yīng)條件優(yōu)化》

探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇——化學(xué)反應(yīng)選擇與反應(yīng)條件優(yōu)化魯科版高二化學(xué)選擇性必修1第2章微項(xiàng)目1.

通過反應(yīng)的選擇以及對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化，體會(huì)反應(yīng)的焓變、熵變、化學(xué)平衡和速率相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，形成從物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)的方向、限度、快慢等多個(gè)角度綜合分析、解決工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際問題的基本思路。科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知2.通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí),樹立綠色化學(xué)觀念,認(rèn)識(shí)到利用化學(xué)反應(yīng)將無(wú)用物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)是解決環(huán)境問題的重要途徑之一?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任中央氣象臺(tái)10月2日10時(shí)發(fā)布寒潮藍(lán)色預(yù)警，也是自2010年以來(lái)下半年最早發(fā)布的寒潮預(yù)警。同時(shí)，南方的高溫天氣仍在持續(xù)，中央氣象臺(tái)已連續(xù)3天發(fā)布高溫黃色預(yù)警。項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果2021年國(guó)內(nèi)外十大天氣氣候事件評(píng)選活動(dòng)由中國(guó)氣象局主辦，國(guó)家氣候中心承辦，國(guó)家氣象中心、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心、中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心、中國(guó)氣象局氣象宣傳與科普中心（中國(guó)氣象報(bào)社）等單位參與。2021年中國(guó)十大天氣氣候事件項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果目前，每年全球排放二氧化碳近400億噸，其中我國(guó)二氧化碳減排任務(wù)尤為艱巨，而全球化石能源危機(jī)也正在顯現(xiàn)。項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果節(jié)能減排“增吸”CO2

污染能源

危機(jī)新能源項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果作為碳資源利用兩大問題科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果世界上大多數(shù)國(guó)家以天然氣為主要原料合成甲醇，在我國(guó)則是以煤和重渣油為主要原料合成甲醇。利用工業(yè)廢氣中的CO2合成CH3OH確立項(xiàng)目項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果CH3OH利用工業(yè)廢氣中的CO2合成CH3OH確立項(xiàng)目項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果項(xiàng)目拆解選擇化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)選擇反應(yīng)條件綜合優(yōu)化條件由CO2為碳源，設(shè)計(jì)生成CH3OH的化學(xué)反應(yīng)。CO2任務(wù)1設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)CH3OH項(xiàng)目背景2CO2+4H2O=2CH3OH+3O2CO2+3H2

=CH3OH+H2O項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)出的反應(yīng)進(jìn)行可行性分析。任務(wù)2選擇化學(xué)反應(yīng)ΔH1=-48.97kJ·mol-1ΔS1=-177.16J·mol-1·K-1ΔH2=+676.48kJ·mol-1ΔS2=-43.87J·mol-1·K-1以上為298K，100kPa條件下ΔH、ΔS數(shù)據(jù)，假設(shè)反應(yīng)焓變和熵變不隨溫度的改變而變化。.CO2(g)+2H2O(g)

=CH3OH(g)+3/2O2(g)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果反應(yīng)可行反應(yīng)不可行證據(jù)推理采取哪個(gè)反應(yīng)合成甲醇更有利?在科研人員調(diào)試反應(yīng)條件的過程中，監(jiān)測(cè)到了除甲醇之外的物質(zhì)，為什么會(huì)出現(xiàn)?.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.17kJ·mol-1ΔS=+42.08J·mol-1·K-1副反應(yīng)項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果..CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.17kJ·mol-1ΔH=-48.97kJ·mol-1副反應(yīng)主反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果實(shí)現(xiàn)CO2合成甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，要從哪些角度選擇反應(yīng)條件?涉及哪些影響因素?平衡速率工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)備、安全、技術(shù)、成本項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果溫度濃度壓強(qiáng)催化劑溫度濃度壓強(qiáng)綜合優(yōu)化條件模型認(rèn)知任務(wù)3選擇反應(yīng)條件任務(wù)3選擇反應(yīng)條件角度影響因素選擇條件平衡

分別從不同角度考慮，需要采用什么條件?速率

溫度、濃度、壓強(qiáng)低溫、增加原料濃度/高壓溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑高溫、增加原料濃度/高壓、使用催化劑

項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果變化觀念與平衡思想產(chǎn)品產(chǎn)速任務(wù)4綜合優(yōu)化條件結(jié)合實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析選擇條件。項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果證據(jù)推理任務(wù)4綜合優(yōu)化條件為什么各組數(shù)據(jù)中CO2的轉(zhuǎn)化率與CH3OH的產(chǎn)率數(shù)值不同，前者大于后者？項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果產(chǎn)率為什么升高？產(chǎn)率為什么降低？溫度升高：速率加快溫度升高：主反應(yīng)逆向移動(dòng)促進(jìn)副反應(yīng)催化劑活性降低以Cu、CuO為主要活性成分的銅基催化劑，活性溫度范圍通常為433～543K催化劑的活性和選擇性在實(shí)際生產(chǎn)中起到非常關(guān)鍵的作用，故溫度的選擇常根據(jù)催化劑的活性范圍進(jìn)行確定。項(xiàng)目背景項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果隨溫度升高，甲醇產(chǎn)率怎樣變化？分析變化趨勢(shì)的原因。項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果投料比溫度壓強(qiáng)催化劑n(H2)∶n(CO2)約3:1適當(dāng)高壓520K左右CuO/ZnO/ZrO/MnO反應(yīng)條件方案以上哪種因素，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)效率的影響程度較大？開發(fā)在較低溫度下具有優(yōu)良活性和選擇性的催化劑。未來(lái)研究的重點(diǎn)在什么方向？項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果德國(guó)科學(xué)家本亞明·利斯特(BenjaminList)和美國(guó)科學(xué)家戴維·麥克米倫(DavidW.C.MacMillan)因在“有機(jī)小分子不對(duì)稱催化”方面做出的重要貢獻(xiàn)而被授予2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。成本努力方向在工業(yè)生產(chǎn)中，還需要考慮成本、工藝、安全性等多方面因素。甲醇合成塔實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問題項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果反應(yīng)物產(chǎn)品CO2富集裝置甲醇-水分離裝置副產(chǎn)物CO回收裝置產(chǎn)品速率平衡選擇化學(xué)反應(yīng)選擇反應(yīng)條件反應(yīng)的方向元素觀設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)ΔH－TΔS實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)備、安全、技術(shù)、成本等歸納總結(jié)設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)解決實(shí)際問題的一般思路。溫度催化劑濃度壓強(qiáng)溫度濃度壓強(qiáng)守恒觀項(xiàng)目背景項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目研討項(xiàng)目評(píng)估項(xiàng)目方案項(xiàng)目成果優(yōu)化反應(yīng)條件乙烯、乙醇和二甲醚等化工產(chǎn)品促進(jìn)主反應(yīng)抑制副反應(yīng)學(xué)以致用（2020山東.18節(jié)選）探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：

回答下列問題：（3）不同壓強(qiáng)下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，實(shí)驗(yàn)測(cè)定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。（4）為同時(shí)提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為

（填標(biāo)號(hào)）。A．低溫、高壓B．高溫、低壓C．低溫、低壓D．高溫、高壓其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖

（填“甲”或