資源簡(jiǎn)介

(共18張PPT)
化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡（整理與提升）
課前任務(wù)
梳理本章核心概念，圍繞“認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)”繪制思維導(dǎo)圖
反應(yīng)方向
反應(yīng)限度
反應(yīng)速率
反應(yīng)歷程
新視角
定量
定性
宏觀
微觀
課前任務(wù)
梳理本章核心概念，圍繞“認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)”繪制思維導(dǎo)圖
聚焦熱點(diǎn)
2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重宣布，中國(guó)將力爭(zhēng)在2030年前碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。
中國(guó)科學(xué)院白春禮等人提出“液態(tài)陽光”方案，利用二氧化碳等生產(chǎn)液態(tài)醇類燃料。
任務(wù)一：選擇合適的化學(xué)反應(yīng)
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
2CO2(g)+4H2O(g) 2CH3OH(g)+3O2(g)
①
②
哪個(gè)反應(yīng)更適用于生產(chǎn)甲醇？
反應(yīng) ΔH /（kJ·mol-1） ΔS /（J·mol-1·K-1）
① — 48.97 — 177.16
② + 1352.96 — 87.74
吸熱、熵減反應(yīng) 任何溫度下難以自發(fā)
反應(yīng)方向
任務(wù)二：理論分析 確定適宜條件
從生產(chǎn)甲醇的角度，確定適宜反應(yīng)條件
反應(yīng)限度
反應(yīng)速率
（1）如何提高反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率？
（2）如何增大反應(yīng)速率以提升生產(chǎn)效率？
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
濃度
壓強(qiáng)
溫度
催化劑
ΔH <0
任務(wù)二：理論分析 確定適宜條件
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH <0
平衡正向移動(dòng)
加快反應(yīng)速率
因素
濃度
溫度
壓強(qiáng)
催化劑
增大反應(yīng)物濃度
使用
無影響
增大反應(yīng)物濃度
或
減小生成物濃度
增大壓強(qiáng)
增大壓強(qiáng)
降低溫度
升高溫度
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
實(shí)際反應(yīng)調(diào)控
（1）若應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還需考慮哪些問題？
壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備的要求
溫度對(duì)催化劑影響
原料成本
節(jié)約能耗
……
物質(zhì)循環(huán)
副反應(yīng)
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（2）根據(jù)以下數(shù)據(jù)，計(jì)算平衡常數(shù)，可說明什么？
528K時(shí)，向恒容反應(yīng)塔中按照n(H2):n(CO2)=3:1投料，測(cè)得平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為23%。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
K=
=5.57×10-3
始
轉(zhuǎn)
末
1
3
0
0
0.23
0.69
0.23
0.23
0.77
2.31
0.23
0.23
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（2）根據(jù)以下數(shù)據(jù)，計(jì)算平衡常數(shù)，可說明什么？
528K時(shí)，向恒容反應(yīng)塔中按照n(H2):n(CO2)=3:1投料，測(cè)得平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為23%。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
K=5.57×10-3
已知：室溫下本反應(yīng) K=6.8×10-3
反應(yīng)正向進(jìn)行程度不理想，應(yīng)更關(guān)注“效率”
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（3）結(jié)合具體圖表信息，分析反應(yīng)條件。
圖1. 不同投料比對(duì)甲醇產(chǎn)率的影響[1]
按反應(yīng)系數(shù)比投料時(shí)產(chǎn)物含量最高
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（3）結(jié)合具體圖表信息，分析反應(yīng)條件。
圖1. 不同投料比對(duì)甲醇產(chǎn)率的影響[1]
考慮原料成本
副反應(yīng)
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH >0 ΔS >0
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（3）結(jié)合具體圖表信息，分析反應(yīng)條件。
圖2 圖3 不同壓強(qiáng)、溫度對(duì)甲醇產(chǎn)率的影響[1]
為何隨溫度升高，產(chǎn)率先增高后減??？
“一定時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)率”
“平衡產(chǎn)率”
催化劑類型 催化劑名稱 活性反應(yīng)溫度（K） 二氧化碳轉(zhuǎn)化率
銅基（應(yīng)用最廣） Cu2+:Zn2+:Al3+ 543 24.5%
銦基 In2O3 573 3.7%
固溶體 ZnO/ZrO2/MgO 593 12.9%
貴金屬 Rh-TiO2 623 66.0%
表1. 甲醇生產(chǎn)中常見催化劑[2]
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（4）結(jié)合具體工業(yè)數(shù)據(jù)信息，確定具體反應(yīng)條件（催化劑類型）。
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
（4）結(jié)合具體工業(yè)數(shù)據(jù)信息，確定具體反應(yīng)條件。
項(xiàng)目 數(shù)值
精甲醇產(chǎn)量/（×104t·a-1） 10
熱點(diǎn)溫度/K 473-523
系統(tǒng)壓力/MPa 8
新鮮氣碳?xì)浔?3：1
表2. 工業(yè)甲醇合成條件[3]
（5）分析工業(yè)生產(chǎn)流程中具體操作的意義。
任務(wù)三：聯(lián)系實(shí)際 多維調(diào)控反應(yīng)
物質(zhì)循環(huán)
能量循環(huán)
圖4 工業(yè)生產(chǎn)甲醇流程模擬圖[4]
總結(jié)提升 顯化思路
① 選擇合適反應(yīng)
② 理論分析
選擇反應(yīng)條件
③
考慮實(shí)際
多維關(guān)注綜合優(yōu)化
關(guān)注前沿 善用化學(xué)
推廣甲醇汽車、支持甲醇汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加大工作力度，推動(dòng)甲醇經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
——工信部對(duì)十三屆全國(guó)人大五次會(huì)議第2276號(hào)建議的答復(fù)

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