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(共17張PPT)
圖說化學反應速率
以“液態陽光”的合成為例
活動：研讀教材《必修二》P42-P55和《化學反應原理》P22-P31，找出教材中的哪些圖像與化學反應速率有關？這些圖像告訴我們研究化學反應速率，需要從哪些角度著手？
P、n 、V
任務一：探究光催化制氫過程的速率控制
光生電子
光生空穴
光催化的機理如圖所示：
Q1：請根據左圖，簡要描述光催化制備氫氣的過程。
Q2：根據催化機理大膽猜測，哪些因素可能會影響光催化制氫的速率？
Q3：光解水時，若向水中加入NaOH，會如何影響反應速率？
Q4：若將該催化劑置于AgNO3溶液中，反應會發生什么變化？對光解制氫有何影響？
催化劑表面
任務一：探究光催化制氫過程的速率控制
任務二：探究二氧化碳加氫制甲醇過程的調控【2021全國卷改編】CO2合成甲醇的總反應可表示為：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)該反應一般認為通過如下步驟來實現：①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH3= - 90kJ·mol-1已知反應①為慢反應。恒溫密閉容器中，投料1molCO2和3molH2，發生上述反應。Q1：請畫出上述反應的能量--反應進程圖，兩個過渡態的穩定性如何比較？任務二：探究二氧化碳加氫制甲醇過程的調控Q2：若僅考慮總反應，t1時刻將甲醇分離出體系，t2時刻時到達平衡狀態，請在v-t圖上畫出v正、v逆的變化情況。若升高溫度呢？v正、v逆圍成的陰影面積代表什么意義？【2021全國卷改編】CO2合成甲醇的總反應可表示為：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)該反應一般認為通過如下步驟來實現：①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH3= - 90kJ·mol-1已知反應①為慢反應。恒溫密閉容器中，投料1molCO2和3molH2，發生上述反應。任務二：探究二氧化碳加氫制甲醇過程的調控Q3：請在同一張圖上畫出c(CO)、c(CH3OH)隨時間變化的曲線（從開始反應計時為t=0）。【2021全國卷改編】CO2合成甲醇的總反應可表示為：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)該反應一般認為通過如下步驟來實現：①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH3= - 90kJ·mol-1已知反應①為慢反應。恒溫密閉容器中，投料1molCO2和3molH2，發生上述反應。任務二：探究二氧化碳加氫制甲醇過程的調控Q4：若要提高一段時間內（非平衡）甲醇的產率，請考慮采用哪些措施？【2021全國卷改編】CO2合成甲醇的總反應可表示為：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)該反應一般認為通過如下步驟來實現：①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH3= - 90kJ·mol-1已知反應①為慢反應。恒溫密閉容器中，投料1molCO2和3molH2，發生上述反應。任務二：探究二氧化碳加氫制甲醇過程的調控
【2021全國卷改編】CO2合成甲醇的總反應可表示為：
CO2 (g)+3H2 (g) CH3OH(g) + H2O(g)
該反應一般認為通過如下步驟來實現：
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2= + 41.1 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3= - 90kJ·mol-1
已知反應①為慢反應。恒溫密閉容器中，投料1molCO2和3molH2，發生上述反應。其他條件相同，反應溫度對CO2轉化率和CH3OH的選擇性如圖1、2所示。
Q5：分析圖1中CO2轉化率的實驗值逐漸增大的原因。
Q6：分析圖2溫度相同時， CH3OH選擇性實驗值高于其平衡值的原因。
任務三：探究催化劑對二氧化碳加氫制甲酸的影響CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)K=2.4*10-8Q2：研究CO2和H2制備甲酸是否還有實際意義？如果有意義，從哪方面著手？Q1：以上反應在恒溫、恒容的密閉容器中進行，CO2和H2的投料濃度均為1.0 mol·L 1，請計算CO2的平衡轉化率。
我國學者探究了BiIn合金催化劑電化學還原生產HCOOH的催化性能及機理，并通過DFT計算催化劑表面該還原過程的物質的相對能量，如圖所示(帶“*”表示物質處于吸附態)。
任務三：探究催化劑對二氧化碳加氫制甲酸的影響
CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g) K=2.4*10-8
Q3：試從圖分析，采用BiIn合金催化劑優于金屬Bi催化劑的原因 ，優于單金屬In催化劑的原因 。
答案：相對于單金屬Bi催化劑，BiIn合金催化劑能夠促進CO2的吸附，增強對*OCHO中間體的吸附；相對于單金屬In催化劑，BiIn合金催化劑能夠降低*OCHO脫附形成*HCOOH的活化能。
任務三：探究催化劑對二氧化碳加氫制甲酸的影響CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)K=2.4*10-8某研究小組發現，若在體系中加入催化劑M的DMSO（有機溶劑）溶液，CO2和H2在溶液中反應制備HCOOH的效率會大大提高，反應過程中保持CO2(g)和H2(g)的壓強不變，總反應CO2＋H2 HCOOH的反應速率為v。反應機理如下列三個基元反應，各反應的活化能E2＜E1＜＜E3（不考慮催化劑活性降低或喪失）。①M+CO2 QE1 ②Q+H2 LE2③L M+HCOOHE3Q4：哪些因素會影響生成甲酸的速率？任務三：探究催化劑對二氧化碳加氫制甲酸的影響CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)K=2.4*10-8某研究小組發現，若在體系中加入催化劑M的DMSO（有機溶劑）溶液，CO2和H2在溶液中反應制備HCOOH的效率會大大提高，反應過程中保持CO2(g)和H2(g)的壓強不變，總反應CO2＋H2 HCOOH的反應速率為v。反應機理如下列三個基元反應，各反應的活化能E2＜E1＜＜E3（不考慮催化劑活性降低或喪失）。①M+CO2 QE1 ②Q+H2 LE2③L M+HCOOHE3Q5：催化劑M足量條件下，下列說法正確的是________。 A.v與CO2(g)的壓強無關 B.v與溶液中溶解H2的濃度無關 C.溫度升高，v不一定增大 D.在溶液中加入N(CH2CH3)3，可提高CO2轉化率CD任務三：探究催化劑對二氧化碳加氫制甲酸的影響CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)K=2.4*10-8某研究小組發現，若在體系中加入催化劑M的DMSO（有機溶劑）溶液，CO2和H2在溶液中反應制備HCOOH的效率會大大提高。反應過程中保持CO2(g)和H2(g)的壓強不變，總反應CO2＋H2 HCOOH的反應速率為v。反應機理如下列三個基元反應，各反應的活化能E2＜E1＜＜E3（不考慮催化劑活性降低或喪失）。①M + CO2 QE1 ②Q + H2 LE2③L M +HCOOHE3Q6：實驗測得：298 K，p(CO2)＝p(H2)＝2 MPa下，v隨催化劑M濃度c變化如圖3。c≤c0時，v隨c增大而增大；c＞c0時，v不再顯著增大。請解釋原因_________________。當c≤c0時，v隨c增大而增大，因M是基元反應IV的反應物(直接影響基元反應VI中反應物L的生成)；c>c0時，v不再顯著增加，因受限于CO2(g)和H2(g)在溶液中的溶解速度(或濃度)。思考與升華：研究化學反應速率的思維模型化學反應速率活化能溫度濃度、壓強催化劑衡量手段v-t圖、c-t圖、n-t圖、p-t圖內在本質能量-反應過程圖基元反應決速步驟外因內因速率調控謝謝大家

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