6.2.2化学反应的限度课件 2024-2025学年人教版（2019）必修第二册

氢燃料电池 未来能源的希望 2 任务二 ：如何确保氢燃料电池电动车平稳运行 时间 （miin） H2浓度 （mol/L） O2浓度 （mol/L） H2O浓度 （mol/L） 0 2.0 1.0 0 5 1.2 0.6 0.8 10 0.8 0.4 1.2 15 0.8 0.4 1.2 实验过程： 将荧光探针和反应物（如H2、O₂和H2O）加入反应舱中。密封反应舱，确保其完全封闭。在全密封反应舱中，用荧光标记H2、O2和H2O分子。 3 活动一：动态平衡的建立 问题1：根据表格绘制浓度-时间曲线，找出关键转折点。 时间 （miin） H2浓度 （mol/L） O2浓度 （mol/L） H2O浓度 （mol/L） 0 2.0 1.0 0 5 1.2 0.6 0.8 10 0.8 0.4 1.2 15 0.8 0.4 1.2 c t 4 活动一：动态平衡的建立 问题2：绘制v(正）-时间、v(逆）-时间曲线，观察交汇点。 v t 0 时间 （miin） 正反应速率 [mol/(L·min)] 逆反应速率[mol/(L·min)] 0 0.12 0 5 0.08 0.04 10 0.05 0.05 15 0.05 0.05 5 活动一：动态平衡的建立 当反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 化学平衡状态时可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大程度，即该反应进行的限度。 问题3：化学平衡状态的特征有哪些？ 6 活动一：动态平衡的建立 问题4：10分钟后各物质浓度为何不再变化？此时反应停止了吗？ 化学平衡是“动态的”而非静止的 7 活动二：平衡标志的工程判断 资料卡片： 丰田Mirai燃料电池，如果运行过程中H2浓度过高可能引发爆炸，且浓度过低或者过高能量利用率均会下降，在运行过程中需实时监测H2浓度，确保系统处于平衡状态。 运行模式 H2浓度波动范围 燃料电池寿命（万公里） 实时 监测 调节 ±5% ≥50 无检测 ±20% ≤30 8 活动二：平衡标志的工程判断 问题1：丰田车需要监测哪些平衡标志来确保系统稳定运行？ 9 活动二：平衡标志的工程判断 问题2：激光浓度传感器、分子运动追踪仪和量子点荧光标记分别对应监测哪些平衡特征？用箭头连线完成： 监测手段 平衡标志 激光浓度传感器 正逆速率相等 分子运动追踪仪 浓度不再变化 量子点荧光标记 动态粒子运动 10 工程实现：Mirai的监测系统 1、传感器网络： 激光H2浓度传感器（精度±0.1%） 红外光谱仪（实时监测H2O生成速率） 2、用户界面提示： 仪表盘显示实时平衡状态（如“平衡维持中”或“需维修” 11 活动三：化学反应限度 问题1：如何提高氢燃料电池的转化率？ 12 任务三 ：氢燃料电池的快速启动与平衡控制 资料卡片： 快速启动需要高反应速率（小颗粒催化剂、高温），但高温加速启动会限制最终转化率。 如果想提高转化率，就需要降低温度，然而这样反应速率就会减慢。 催化剂 粒径 温度 达平衡时间 H2 转化率 5nm 80℃ 5min 60% 20nm 40℃ 15min 85% 13 工程实现：丰田Mirai系统 1、启动阶段： 使用铂纳米催化剂（5nm）+自加热系统（快速升高温度至80℃） 2、运行阶段： 切换至温和条件（40℃）维持平衡 14 2025 谢谢大家 powerpoint design --------------------------------------------------------------------- Lavf58.20.100 $$