資源簡介

(共16張PPT)
探秘“碳中和”之旅
思考討論
反應 △H/（KJ/mol） △S/（J/mol/K）
① CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) -48.97 -177.16
+192.5 -132.7
任務一：設計并選擇“碳中和”反應
問題1:利用自由能判據:△G = △H - T△S 判斷反應能否自發進行？
思考討論
任務二：選擇“碳中和”反應的適宜條件
問題2：根據“碳中和”反應特點，選擇怎樣的反應條件，以增大“碳中和”反應的速率，提高平衡混合物中甲醇的含量？
條件 提高反應速率 提高平衡轉化率 綜合結果
壓強
催化劑
溫度
濃度
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H<0
增大壓強
增大壓強
增大壓強
升高溫度
降低溫度
兼顧速率和平衡，且考慮催化劑的活性
使用
無影響
使用
增大反應物濃度
增大反應物濃度
降低生成物濃度
增大反應物的濃度，且及時將產物分離出去
思考討論
任務三：優化“碳中和”反應的適宜條件
主反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
問題3：隨著壓強的增大，二氧化碳轉化率和甲醇產率是如何變化的？分析變化趨勢的原因？
問題4：實際工業生產中選擇了5MPa，可能的理由是什么？
注：含銅作催化劑，使用原料氣氫碳比3:1，溫度為523K
思考討論
注：含銅作催化劑，使用原料氣氫碳比3:1，壓強為5MPa
問題5：適宜的溫度選取多少？
資料卡片：不同溫度下甲醇的產率
任務三：優化“碳中和”反應的適宜條件
主反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
催化劑
活性
問題6：分析曲線變化趨勢的原因？
思考討論
任務三：優化“碳中和”反應的適宜條件
資料卡片：測定不同溫度下催化劑活性和甲醇的選擇性
問題7：對比數據，選擇合適的催化劑，簡述理由。
主反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
歸納總結
任務三：優化“碳中和”反應的適宜條件
主反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
外部條件 “碳中和”反應的適宜條件
壓強
溫度
催化劑
5Mpa左右
530K左右
CuO、ZnO為基料；ZrO2、MnO為輔料
選擇適宜生產條件的流程
主要利用反應熱和熵變分析反應的方向性等
01 分析反應特點
03 選擇適宜條件
使用數據進一步分析反應條件，確定適宜條件的范圍及催化劑的篩選
02 原理分析
利用影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析增大反應速率、提高原料轉化率的反應條件
04 優化條件
思維建模
根據工業的實際情況、經濟效益、生產設備及環保要求等最終確定適宜的條件
對合成氨反應的影響 影響因素 濃度 溫度 壓強 催化劑
增大合成氨的反應速率
提高平衡混合物中氨的含量
原理分析
ΔH＝－92.4 kJ/mol
增大
升高
增大
加入催化劑
降低
無影響
增大
增大
根據合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量？
N2＋3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
學以致用
參照“碳中和”的思路并結合所學內容來思考工業合成氨生產條件的選擇？
思考1.利用化學平衡理論如何提高氨的含量？
學以致用
思考2.利用化學反應速率理論如何提高單位時間里氨的產量？
思考3.從環境和設備角度綜合選擇反應條件？
（1）濃度：
（2）溫度：
（3）壓強：
（4）催化劑：
使用過量的N2或及時分離平衡混合氣中的氨。
400-500℃左右 （溫度低，有利于增大平衡混合氣中的含量，但反應速率太慢。 500℃，催化劑活性最大）
10~30MPa(壓強過高，對設備材質和生產條件提出了更高的要求)
鐵觸媒(能加快化學反應速率，對平衡無影響)
學以致用
在硫酸工業中:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH ＝－196.6 kJ/mol
下表列出了在不同溫度和壓強下，反應達到平衡時SO2的轉化率。
溫度/℃ 平衡時的轉化率% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
（1）從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉化為三氧化硫，應選擇的條件是___________________________。
（2）在實際生產中，選定的溫度為400~500℃，原因是
（3）在實際生產中，采用的壓強為常壓，原因是
（4）在實際生產中，通入過量的空氣，原因是_________________。
（5）尾氣中的SO2必須回收，原因是_________________。
450℃，10MPa
溫度較低，會使反應速率減小，達到平衡所需時間變長；溫度較高，二氧化硫的轉化率會降低
結合表中數據可知，常壓下的轉化率已經很高，增大壓強時，轉化率提升不明顯，但對材科的強度和設備制造的要求均提高很多，因此實際生產中采用的壓強為常壓。
增大氧氣的濃度，提高二氧化硫的轉化率。
防止污染環境，同時提高其轉化率。
學習感悟
1.研究反應的一般思路：方向、速率、限度
2.實現化學反應的調控，綜合考慮限度和速率
[2022·全國甲卷] 金屬鈦(Ti)在航空航天、醫療器械等工業領域有著重要用途。目前生產鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉化為TiCl4,再進一步還原得到鈦。回答下列問題:
②圖中顯示,在200 ℃平衡時TiO2幾乎完全轉化為TiCl4,但實際生產中反應溫度卻遠高于此溫度,其原因　 。
(3)TiO2碳氯化是一個“氣—固—固”反應,有利于TiO2-C“固—固”接觸的措施是
真題鏈接
為了提高反應速率,在相同時間內得到更多的TiCl4產品,提高效益
將兩固體粉碎后充分混合
探秘“碳中和”之旅

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