《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

3. 合成氨反应为 ${N_{2}(g) + 3H_{2}(g)⇌ 2NH_{3}(g)}$ $\Delta H = -92.2\ {kJ· mol^{-1}}$，$K = 6.6× 10^{5}$。
(1) 从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，还需要使用催化剂的原因是加快化学反应速率，提高单位时间内氨的产量。。
(2) 试分析实际生产中采取 $700\ K$ 左右温度的原因是温度过高，不利于提高反应物的转化率，温度过低，反应速率小，单位时间内$ NH_3$的产量低，并且在700 K时，催化剂的活性最大。
(3) 压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际采用的压强为 $10^{7}～10^{8}\ Pa$，不采用更高的压强，其原因是实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。。

答案： 3.
(1)加快化学反应速率，提高单位时间内氨的产量。
(2)温度过高，不利于提高反应物的转化率，温度过低，反应速率小，单位时间内$ NH_3$的产量低，并且在700 K时，催化剂的活性最大
(3)实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。

1. $\boldsymbol{{CO_{2}}}$的来源和危害
随着现代工业的快速发展，工业废气排放量增加；大量化石燃料的使用产生大量的${CO_{2}}$。空气中${CO_{2}}$含量的增加会导致温室效应。
2. 甲醇的用途和来源
(1) 甲醇的用途：甲醇是一种化工原料，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，在有机原料中消费量仅次于乙烯、丙烯、苯，排在第四位。
(2) 甲醇的来源：大多数国家以天然气为原料合成甲醇，我国以煤和重渣油为主要原料合成甲醇。
3. 合成甲醇的前景
甲醇$(\mathrm{CH_3OH})$是一种基础有机化工原料，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。

答案： 1.温室效应
2.
(1)有机合成 乙烯
(2)天然气
3.甲醇$(\mathrm{CH_3OH})$ 甲醇

1. ${CO_{2}}$的过量排放易发生酸雨。（×）
2. 甲醇的消费量在有机原料中高于乙烯、丙烯等。（×）
3. 可利用含有二氧化碳的工业废气为碳源合成甲醇。（√）
4. 选择适宜的反应条件时，一般要从化学平衡、反应速率、主反应和副反应等多个方面综合考虑。（√）

答案： 1.× 2.× 3.√ 4.√

如果选用常见的氢气或水作为氢源，与工业废气中的二氧化碳合成甲醇可能设计出以下两个反应：
①${CO_{2}(g) + 3H_{2}(g)\xlongequal{}CH_{3}OH(g) + H_{2}O(g)}$ $\Delta H=-48.97\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$，$\Delta S=-177.16\ \mathrm{J· mol^{-1}· K^{-1}}$。
②${CO_{2}(g) + 2H_{2}O(g)\xlongequal{}CH_{3}OH(g) + \frac{3}{2}O_{2}(g)}$ $\Delta H=+676.48\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$，$\Delta S=-43.87\ \mathrm{J· mol^{-1}· K^{-1}}$。
（注：反应温度约为298 K，各气体分压为100 kPa）
(1) 分析上述两个反应，哪个反应更适宜于甲醇的工业生产？请说明理由。
提示：反应①适合工业合成甲醇。假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化,根据题中提供的数据可知,反应①为放热的熵减小反应,低温下能正向自发进行;而反应②为吸热的熵减小反应,任何温度下反应②都不能正向自发进行。因此,工业上可利用反应①将工业废气中的二氧化碳合成甲醇。
(2) 研究发现，以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随着以下副反应：
③${CO_{2}(g) + H_{2}(g)\xlongequal{}CO(g) + H_{2}O(g)}$。298 K时，该反应的焓变为$+41.17\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$，熵变为$+42.08\ \mathrm{J· mol^{-1}· K^{-1}}$。为减少副反应的发生，应采取低温还是高温？阐述判断的理由。
提示：应采取低温。$\mathrm{H_2}$与$\mathrm{CO_2}$合成甲醇为放热、熵减小的反应,低温下能正向自发进行,而副反应为吸热、熵增加的反应,高温下能正向自发进行,因而为减少副反应的发生应选取的反应条件为低温。

答案：
(1)提示：反应①适合工业合成甲醇。假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化,根据题中提供的数据可知,反应①为放热的熵减小反应,低温下能正向自发进行;而反应②为吸热的熵减小反应,任何温度下反应②都不能正向自发进行。因此,工业上可利用反应①将工业废气中的二氧化碳合成甲醇。
(2)提示：应采取低温。$\mathrm{H_2}$与$\mathrm{CO_2}$合成甲醇为放热、熵减小的反应,低温下能正向自发进行,而副反应为吸热、熵增加的反应,高温下能正向自发进行,因而为减少副反应的发生应选取的反应条件为低温。