活动项目(一)　应用价类二维模型、热力学知识设计理论去除方案

项目价值以真实情境“天然气中CO2和H2S的协同去除”为例，进行基于模型建构的项目式教学，

通过项目活动，学生在关键问题的解决中不断地建构和运用模型。利用建构的知识模型深化学生对知识的理解，帮助学生在遇到复杂且多变的问题时，能够做到“有章可循，有法可依”地解决问题。活动目标设计意图：先从类维角度入手，初步设计去除方案；再根据工业生产实际进一步从价维角度入手，同时结合热力学计算分析反应可行性，进而通过所学知识提出反应不可行的解决方案；找到符合实际的解决方案。教师引导学生逐步建构解决真实情境的思维模型。活动项目(一)应用价类二维模型、热力学知识，设计理论去除方案天然气是含有烃和非烃气体的天然气体混合物。烃成分是甲烷和少量高级烃。非烃成分主要是酸性气体硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)以及其他含硫物质。酸性气体H2S和CO2在少量水的存在下都会形成微弱的腐蚀性酸，这些水会导致第一次腐蚀，长时间下去就会造成管道破裂和起火。因此除去天然气中的H2S和CO2非常必要。资料1：2022年全国天然气产量2201.1亿立方米，其中CO2、H2S的体积分数分别为10%和15%。资料2：1．根据所学知识，从类维角度设计去除天然气中CO2和H2S气体的方案。提示：CO2和H2S从物质类别的角度均属于酸性气体，可使用的试剂是NaOH溶液；但根据资料2提供的数据，从经济成本上考虑，应使用Ca(OH)2溶液。物质消耗量/亿吨成本(元/吨)耗资/亿元NaOH1.0830003257Ca(OH)21.00100010042．根据资料1、2所提供的数据进行讨论。这些方案在工业中是否可行？

提示：不可行。通过资料1可知CH4中的CO2和H2S含量高，根据资料2可知试剂的消耗量和成本高，且不可再生，不符合绿色化学思想。3．(1)如果从类维的角度设计方案是不可行的，那还可以从什么角度入手？并说明原因。(2)预测反应的产物是什么？提示：(1)价维角度。因为CO2中的C为＋4价可作为氧化剂，H2S中的S为－2价可作为还原剂，二者发生氧化还原反应可实现同时去除。(2)从氧化还原反应的价态规律分析出反应产物，化合价的变化可能在邻近价态中转变，CO2和H2S反应的产物应是CO、S和H2O。同时从工业生产的角度来说也希望生成CO和S。因为CO可用于气体燃料和生产醋酸等化工产品，S可用于制造硫酸、杀虫剂等。4．已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH＝－586kJ·mol－12H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l)ΔH＝－530.4kJ·mol－1反应CO2(g)＋H2S(g)===CO(g)＋S(s)＋H2O(l)(1)能否自发进行？并说明理由：________________________________________________________________________________________。(2)如何使该反应能够进行：________________________________。提示：(1)从热力学角度分析，反应能否自发进行可根据ΔH－TΔS进行判断。结合盖斯定律可知该反应的ΔH>0，由该反应的物质状态可知ΔS<0，因而ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)可采取电解的方法[类题迁移](2023·宁德市模拟)电化学法还原二氧化碳，不仅能缓解温室效应还能得到乙烯。回答下列问题：(1)已知：C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)ΔH1＝－45.8kJ·mol－1C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH2＝－1277.0kJ·mol－1则2CO2(g)＋2H2O(g)===C2H4(g)＋3O2(g)ΔH3＝____________。(2)电化学法还原二氧化碳为乙烯原理如图所示。A为电源的________(填“正”或“负”)极，阴极电极反应式为______________________________。电路中转移0.2mol电子，理论上产生氧气______L(标准状况)。(3)铜作阴极能提高还原产物乙烯的选择性，水溶液中二氧化碳在铜表面还原为乙烯的机理如图所示(参与反应的水分子及其他生成微粒未画出)。下列有关说法不正确的是________(填字母)。A．铜是二氧化碳转化为乙烯的催化剂B．二氧化碳的还原产物有甲烷和乙烯C．两个反应历程都是先加氢再除氧D．两个反应历程中都有碳氧键的断裂与碳碳键的形成解析：(1)把已知反应按顺序依次编号①②③，根据盖斯定律，③＝－(①＋②)，则ΔH3＝－(－45.8－1277.0)kJ·mol－1＝＋1322.8kJ·mol－1。(2)由题图知，加入水的电极上失电子生成氧气，则该电极为阳极，则通入二氧化碳的电极为阴极，连接阴极的电极为电源负极，则A为负极，阴极上二氧化碳得电子生成乙烯，电极反应式为2CO2＋8H2O＋12e－===C2H4＋12OH－；生成乙烯时先除氧后加氢，故C错误；两个反应历程中都有碳氧键的断裂和碳氢键的形成，生成