2025届高三高考化学一轮复习：图说化学反应速率 以液态阳光的合成为例 课件

图说化学反应速率 以“液态阳光”的合成为例 4.催化机理图（包括活化能） 1 活动：研读教材《必修二》P42-P55和《化学反应原理》P22-P31，找出教材中的哪些图像与化学反应速率有关？这些图像告诉我们研究化学反应速率，需要从哪些角度着手？ P、n 、V 1.测定反应速率的装置图；2.浓度--时间图像；3.v-t图，包括v正v逆随时间的变化图 3 任务一：探究光催化制氢过程的速率控制 光生电子 光生空穴 光催化的机理如图所示： Q1：请根据左图，简要描述光催化制备氢气的过程。 Q2：根据催化机理大胆猜测，哪些因素可能会影响光催化制氢的速率？ Q3：光解水时，若向水中加入NaOH，会如何影响反应速率？ Q4：若将该催化剂置于AgNO3溶液中，反应会发生什么变化？对光解制氢有何影响？ 催化剂表面 任务一：探究光催化制氢过程的速率控制 6 任务二：探究二氧化碳加氢制甲醇过程的调控 【2021全国卷改编】CO2合成甲醇的总反应可表示为： CO2 (g)+3H2 (g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1 已知反应①为慢反应。恒温密闭容器中，投料1molCO2和3molH2，发生上述反应。 Q1：请画出上述反应的能量--反应进程图， 两个过渡态的稳定性如何比较？ 7 任务二：探究二氧化碳加氢制甲醇过程的调控 Q2：若仅考虑总反应，t1时刻将甲醇分离出体系， t2时刻时到达平衡状态，请在v-t图上画出v正、v逆的 变化情况。若升高温度呢？v正、v逆围成的阴影面积 代表什么意义？ 【2021全国卷改编】CO2合成甲醇的总反应可表示为： CO2 (g)+3H2 (g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1 已知反应①为慢反应。恒温密闭容器中，投料1molCO2和3molH2，发生上述反应。 8 任务二：探究二氧化碳加氢制甲醇过程的调控 Q3：请在同一张图上画出c(CO)、c(CH3OH) 随时间变化的曲线（从开始反应计时为t=0）。 【2021全国卷改编】CO2合成甲醇的总反应可表示为： CO2 (g)+3H2 (g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1 已知反应①为慢反应。恒温密闭容器中，投料1molCO2和3molH2，发生上述反应。 9 任务二：探究二氧化碳加氢制甲醇过程的调控 Q4：若要提高一段时间内（非平衡）甲醇的产率，请考虑采用哪些措施？ 【2021全国卷改编】CO2合成甲醇的总反应可表示为： CO2 (g)+3H2 (g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1 已知反应①为慢反应。恒温密闭容器中，投料1molCO2和3molH2，发生上述反应。 任务二：探究二氧化碳加氢制甲醇过程的调控 【2021全国卷改编】CO2合成甲醇的总反应可表示为： CO2 (g)+3H2 (g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1 已知反应①为慢反应。恒温密闭容器中，投料1molCO2和3molH2，发生上述反应。其他条件相同，反应温度对CO2转化率和CH3OH的选择性如图1、2所示。 Q5：分析图1中CO2转化率的实验值逐渐增大的原因。 Q6：分析图2温度相同时， CH3OH选择性实验值高于其平衡值的原因。 为何温度越高，甲醇的选择性实验值越低呢？甲醇的产率高了吗？ 11 任务三：探究催化剂对二氧化碳加氢制甲酸的影响 CO2(g)＋H2(g) ⇌HCOOH(g) K=2.4*10-8 Q2：研究CO2和H2制备甲酸是否还有实际意义？如果有意义，从哪方面着手？ Q1：以上反应在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO2和H2的投料浓度均为1.0 mol·L−1，请计算CO2的平衡转化率。 我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原生产HCOOH的催化性能及机理，并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量，如图所示(带“*”表示物质处于吸附态)。 任务三：探究催化剂对二氧化碳加氢制甲酸的影响 CO2(g)＋H2(g) ⇌HCOOH(g) K=2.4*10-8 Q3：试从图分析，采用BiIn合金催化剂优于金属Bi催化剂的原因 ，优于单金属In催化剂的原因 。 答案：相对于单金属Bi催化剂，BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附，增强对*OCHO中间体的吸附；相对于单金属In催化剂，BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能。 13 任务三：探究催化剂对二氧化碳加氢制甲酸的影响 CO2(g)＋H2(g) ⇌HCOOH(g) K=2.4*10-8 某研究小组发现，若在体系中加入催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH的效率会大大提高，反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变，总反应CO2＋H2 ⇌HCOOH的反应速率为v。反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜ E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。 ①M+CO2⇌Q E1 ②Q+H2⇌L E2 ③L⇌M+HCOOH E3 Q4：哪些因素会影响生成甲酸的速率？ 14 任务三：探究催化剂对二氧化碳加氢制甲酸的影响 CO2(g)＋H2(g) ⇌HCOOH(g) K=2.4*10-8 某研究小组发现，若在体系中加入催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH的效率会大大提高，反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变，总反应CO2＋H2 ⇌HCOOH的反应速率为v。反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜ E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。 ①M+CO2⇌Q E1 ②Q+H2⇌L E2 ③L⇌M+HCOOH E3 Q5：催化剂M足量条件下，下列说法正确的是________。 A. v与CO2(g)的压强无关 B. v与溶液中溶解H2的浓度无关 C. 温度升高，v不一定增大 D. 在溶液中加入N(CH2CH3)3，可提高CO2转化率 CD 15 任务三：探究催化剂对二氧化碳加氢制甲酸的影响 CO2(g)＋H2(g) ⇌HCOOH(g) K=2.4*10-8 某研究小组发现，若在体系中加入催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH的效率会大大提高。反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变，总反应CO2＋H2 ⇌HCOOH的反应速率为v。反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜ E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。 ①M + CO2 ⇌Q E1 ②Q + H2 ⇌ L E2 ③L ⇌M +HCOOH E3 Q6：实验测得：298 K，p(CO2)＝p(H2)＝2 MPa下，v随催化剂M浓度c变化如图3。c≤c0时，v随c增大而增大；c＞c0时，v不再显著增大。请解释原因_________________。 当c≤c0时，v随c增大而增大，因M是基元反应IV的反应物(直接影响基元反应VI中反应物L的生成)； c>c0时，v不再显著增加，因受限于CO2(g)和H2 (g)在溶液中的溶解速度(或浓度)。 16 思考与升华：研究化学反应速率的思维模型 化 学 反 应 速 率 活化能 温度 浓度、压强 催化剂 衡量手段 v-t图、c-t图、n-t图、p-t图 内在本质 能量-反应过程图 基元反应 决速步骤 外因 内因 速率调控 谢谢大家 $$