高中化学：探索碳中和之路

二氧化碳甲醇化

…探索“碳中和”之路

一、核心素养发展目标

核心素养教学目标

宏观辨识与微观探析学会从宏观现象、数据分析到微观反应机理的研究。

证据推理与模型认知依据理论分析以及工业生产中的数据推断CO2甲醇化的工业生

产条件，构建思维认知模型。

变化观念与平衡思想利用热力学中勒夏特列原理分析二氧化碳甲醇化平衡移动

方向，探析浓度、压强、温度对化学平衡移动方向和转化

率的影响，培育学生探索、求证精神。

科学态度与社会责任了解CO2甲醇化对于碳中和的意义，从化学学科本质角度认识

化学对社会可持续发展的价值。

二、教学分析

1.内容分析

本节课内容是对《化学反应原理》中反应方向、限度、速率、机理等化学学科核心知识的复

习•以二氧化碳甲醇化这一工业反应为例，通过理论分析和实验数据分析，引导学生理解工业反

应条件的选择，在探究的过程中，注重知识的基础性、综合性、应用性和创新性。通过二氧化碳

甲静化这一项目式复习的教学设计，和学生共同把化学核心价值、学科素养、关键能力、必备知

识融合于知识结构和思维认知模型中，提升学生的问题解决能力。

2.学情分析

我们已经完成了选择性必修1《化学反应原理》模块的知识学习，学生初步掌握了基本原理,

但迁移应用能力欠缺，在解决综合性问题时不能完整分析。

3.教学重点、难点

C02甲醇化工业生产条件的探究

三、教学过程设计

环节一：思考交流--如何实现碳中和？

（设计意图：今年夏天的持续高温天气使得环境问题得到了广大的关注和讨论，

习近平总书记在多个重要场合表明我们的立场：二氧化碳排放力争于2030年前达到

峰值，努力争取2060年前实现碳中和。从二氧化碳的排放和吸收来讨论如何达到碳中

和？以真实情境引入课堂主题。）

环节二：认识二氧化碳与氢气的反应

问题1：若用二氧化碳制甲醇，还需要寻找什么物质作为反应物？

问题2：若用常见的H2或H20作为氢源，请根据下表计算两个反应的

CO2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)

2c02(g)+4H20(g)2cH30H(g)+3O2(g)

化学键C=0H-HC-HC-00-H0=0

键能(KJ/mol)803436414326464498

问题3：请分析哪个反应更适宜于工业生产，并说明理由？

问题4：你作为该项目的工程师，会从哪些角度思考来制定生产条件？

问题5：研究人员想了解该反应限度，进行实验：在200C条件下往1L密闭容器

中通入ImolCCh和3moiH2,充分反应后，测出气体压强变为原来的95%且不再变

化，请计算该反应的平衡常数？(2.73:20)此时的产率是多少？(产率是实际产量

比上理论产量)

通过计算平衡常数和产率，你对该反应的工业生产有什么想法？

(设计意图：通过递进式问题链，一步一步引导学生初步认识二氧化碳与氢气的反应，

复习核心知识点：反应热的计算、自发反应、产率以及平衡常数的计算)

环节3：探究二氧化碳与氢气的反应

问题1：为什么二氧化碳的转化率与甲醇产率两条线不重合？

n（H2）:n（CO2）2357

二代化碳转化率％II.6313.6815.9318.71

甲醇产率%3.044.355.968.II

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二氧化碳的转化率

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化甲醇产率

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n（H2/CO2）

问题2：利用勒夏特列原理分析压强、温度对甲醇产率的影响？

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问题3：分析H2与C02物质的量之比对平衡时甲醇物质的量分数的影响？

CO?平衡甲醇的甲醇物质的量

n(H)：n(CO)

22转化率选择性分数

20.20470.65660.0492

2.40.22120.68580.0514

2.80.25550.70720.0526

3.20.27780.72350.0529

3.60.29840.73630.0528

40.31750.74670.0524

问题4：在催化剂表面发生反应的决速步骤为?试写出总反应的热化学方程式

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其中TS表示过渡态，*表示吸附在催化剂表面上的物质，括号里的数字，表示微粒的

相对总能量（单位：eV,leV=1.60xl0l9J）

（设计意图：通过图表数据分析COz甲醇化存在的副反应，利用勒夏特列原理分析温

度、浓度、压强对于平衡的影响，利用活化能大小分析反应的决速步骤，培养学生分

析解决问