2023年高三化学专题复习 探讨空间站里氧气和二氧化碳循环（共21张PPT）

(共21张PPT)
基于大概念统领下的单元整体教学设计
——“化学反应速率与化学平衡”主题复习
第1课时
探讨空间站里氧气和二氧化碳的循环
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尿处理子系统
电解制氧子系统
环境控制和生命保障系统
航天员
O2
CO2
正常空气CO2浓度 <0.1%
工作环境CO2浓度 <0.5%
电解制氧子系统
电解水制氧子系统
H2
？
H2O
CH3OH
任务一 设计并选择化学反应
反应选择的基本思路：首先根据焓变和判断反应的自发性
您的标题
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尿处理子系统
电解制氧子系统
环境控制和生命保障系统
航天员
O2
CO2
电解制氧子系统
电解水制氧子系统
H2
？
CH3OH
二氧化碳还原子系统
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
H2O
任务二 选择适宜的反应条件
反应条件选择的基本原则：不能片面地追求高转化率，也不能追求高速率，而应该寻找以较高反应速率获取适当转化率的反应条件。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
任务二 选择适宜的反应条件
构建条件选择的思维模型
动力学角度
关注状态
关注系数
关注焓变
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
条件优化
研究角度
反应条件
催化剂
温度
压强
浓度
理论预测
反应速率
反应限度
热力学角度
动力学角度
较大
较高
适宜
使用
任务三 优化反应的条件
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
[问题]（1）在此条件下，改变氢碳比，是否改变了氢气和二氧化碳的分压？解释原因。（2）分析表格中数据变化的原因。
（3）已知v正=k正·c(CO2)·c3(H2)从速率角度结合数据变化趋势分析原因。
（4）根据二氧化碳的转化率计算甲醇的产率。
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
（5）计算甲烷的选择性。
（6）增大氢碳比是否有利于主反应的发生，为什么？
（7）工业实际生产中，氢碳比选择了3:1，可能原因是什么？
反应物消耗视角
产品生成视角
竞争反应：促进主反应发生，抑制副反应，增加反应选择性的考量维度。
任务三 优化反应的条件
[问题]
（1）随着压强的增大，二氧化碳转化率和甲醇产率是如何变化的？分析变化趋势的原因。
（2）增大压强是否有利于增大主反应的选择性？
（3）实际工业生产中选择了5MPa，可能的理由是什么？
资料卡片3 不同压强下二氧化碳转化率和甲醇产率
注：含铜作催化剂，使用原料气氢碳比3:1，温度为523K
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
任务三 优化反应的条件
[问题]
（1）分析曲线变化趋势的原因。（2）适宜的温度选取多少
资料卡片4 不同温度下甲醇的产率
注：含铜作催化剂，使用原料气氢碳比3:1，压强为5MPa
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
催化剂
活性
任务三 优化反应的条件
资料卡片5 测定不同温度下催化剂活性和甲醇的选择性
注：含铜作催化剂，使用原料气氢碳比3:1，压强为5MPa
[问题]
对比数据，选择合适的催化剂，简述理由。
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0
任务三 优化反应的条件
催化剂
温度
压强
浓度
反应速率
理论预测
研究角度
反应条件
反应限度
热力学角度
动力学角度
适宜
关注系数
关注焓变
反应的选择性
条件优化
较大
较高
关注状态
使用
3:1
5Mpa左右
520K左右
CuO、ZnO为基料；ZrO2、MnO为辅料
构建条件选择的思维模型
任务四 地面技术“上天”
资料卡片6 进一步提出适合“空间站”的技术方案
催化剂
温度
压强
浓度
反应速率
理论预测
研究角度
反应条件
反应限度
热力学角度
动力学角度
适宜
关注系数
关注焓变
反应的选择性
条件优化
较大
较高
关注状态
使用
3:1
5Mpa左右
530K左右
CuO、ZnO为基料；ZrO2、MnO为辅料
构建条件选择的思维模型
2.5:1
8Mpa左右
450K左右
含钌3%-10%
任务四 地面技术“上天”
实现由理论变成工程产品
设计反应
选择反应
动力学角度
优化调控
二氧化碳转化率
甲烷选择性
选择条件
判断反应自发性
基于物质观、守恒观、氧还观等
热力学角度
化学平衡
ΔG=ΔH-TΔS
·
化学反应速率
实际需求
物质性质
环境代价
平衡转化率
单位时间转化率
小结：化学反应解决实际问题的一般思路
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水处理子系统
航天员
O2
CO2
二氧化碳还原子系统
尿处理子系统
电解制氧子系统
二氧化碳去除子系统
微量有害气体去除子
系统
环境控制和生命保障系统
处理空间站的二氧化碳，同学们还有什么新思路？
”我们一直都在，你们放心“
经过十几年的攻坚克难，终于成功研制出空间站环控生保再生系统，空间站计划在天宫服役十年，相关保障组需要每天24小时在线，不断跟踪测控，保证航天员的生命安全。
空间站应用
工业化技术
太空舱为了实现氧的循环，将二氧化碳转化为碳、甲烷闭合度会更高，请同学们选择一个目标产物，运用本项目中学到的思路和方法展开探究。
学习不只有眼前的题山，还有远处的
大海和星辰！