第2章化学反应速率与化学平衡章末复习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，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。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)＋O2(g)反应ΔH/(kJ·mol－1)ΔS/(J·mol－1·K－1)①－48.97－177.16②＋676.48－43.87注：反应条件为温度298K，各气体分压100kPa。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＝－48.97kJ·mol－1－298K×(－0.17716kJ·mol－1·K－1)＝3.82kJ·mol－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＝＋676.48kJ·mol－1－298K×(－0.04387kJ·mol－1·K－1)＝＋689.55kJ·mol－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。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＋41.17kJ·mol－1、熵变为＋42.08J·mol－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
