内容正文:
重点突破(二) 化学反应速率与平衡的相关应用
“化学反应速率和化学平衡”不仅是高中化学的重难点,而且也是历年高考化学的必考知识点。这部分知识点相对复杂抽象,应用性强,知识点之间密切关联,且具有很强的逻辑性,对学生的理解、迁移等逻辑思维能力有着较高要求。突破这一重难点应从三方面着手:一是注重对勒夏特列原理、平衡转化率、平衡常数计算、影响平衡移动因素和图像分析的考查;二是强调该知识考查的综合性,高考试题中把对该知识的考查与其他内容相结合,例如与电化学相关知识结合在一起;三是强调考查的创新性,如结合理论计算与陌生图像分析,考查学生探索新方法、解决实际问题的能力。
命题点(一) 催化反应机理模型建构与分析
1.牢记两种反应机理模型
(1)循环模型
一种太阳能催化H2O分解的反应机理
(2)微观原子模型
CO2和CH4转化为CH3COOH的催化反应历程
2.巧抓三个关键点
(1)未给出具体物质模型或给出微观模型,要先将模型转化为具体物质,再进行分析,避免途中混淆。
(2)确定物质:进入循环图的箭头为反应物,离开循环图的箭头为生成物,生成最终产物的步骤同样生成催化剂,其余为中间产物。
用H2制备H2O2的一种反应机理如上图,总反应为H2+O2H2O2;催化剂为[PdCl4]2-;中间产物为[PdCl2O2]2-和Pd。
(3)反应机理中,涉及过渡态、基元反应、碰撞理论等知识应做理解,避免储备不足导致无法解析题干。
[典例] (2021·湖南等级考·改编)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示:
下列说法错误的是( )
A.该过程的总反应为HCOOH催化剂, CO2↑+H2↑
B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低
C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化
D.该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定
[解析] 分析题给反应机理图,可知该过程的反应物为HCOOH,生成物为CO2和H2,则该过程的总反应为HCOOH催化剂, CO2↑+H2↑,A说法正确;H+浓度过大,抑制HCOOH的电离,HCOO-浓度减小,会降低Ⅰ→Ⅱ步骤的反应速率,H+浓度过小,会降低Ⅲ→Ⅳ步骤反应速率,故H+浓度过大或者过小,均会导致反应速率降低,B说法正确;整个催化循环过程中Fe元素化合价均为+3价,故该催化循环中Fe元素的化合价没有发生变化,C说法错误;由相对能量的变化情况图可以得出,该反应过程中的Ⅳ→Ⅰ步骤的活化能Ea=86.1 kJ·mol-1,为该反应进程中的最大活化能,故该过程的决速步骤为Ⅳ→Ⅰ步骤,D说法正确。
[答案] C
[思维建模] 催化反应机理题的解题思路
1.通览全图,找准一“剂”三“物”
一“剂”指催化剂
催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的,以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应物、生成物、中间物种(或中间体)反应物
通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物
生成物
通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是产物
中间体
通过一个箭头脱离整个历程,但又生成生成物的是中间体,通过二个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体,中间体有时在反应历程中用“[ ]”标出
2.逐项分析得答案
根据第一步由题给情境信息,找出催化剂、反应物、生成物、中间体,再结合每一选项设计的问题逐项分析判断,选出正确答案。
[迁移应用]
1.(2022·烟台期末)稀碱条件下,由乙醛合成巴豆醛(CH3CH===CHCHO)的反应历程如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.苯甲醛也能发生类似的反应
B.反应①的活化能大于反应②的活化能
C.OH-、H2O均为反应的催化剂
D.由上述历程可知醛中αH的酸性强于醇羟基
解析:选D 反应①脱去乙醛中的αH,而苯甲醛中没有αH,因此不能发生类似的反应,A错误;反应速率越大,活化能越小,反应①的活化能小于反应②的活化能,B错误;由题图可知,OH-是催化剂,H2O是反应①、反应④的生成物、反应③的反应物,C错误;由反应①可知乙醛中αH能与OH-反应,而醇羟基不能与OH-反应,因此醛中αH的酸性强于醇羟基,D正确。
2.(2022·连云港期中)在MoO3作用下,HOCH2CH2OH发生反应的历程如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应过程中Mo形成共价键的数目始终保持不变
B.MoO3改变了反应途径,提高了HOCH2CH2OH的平衡转化率
C.总反应为2HOCH2CH2OHMoO3,2HCHO↑+CH2===CH2↑+2H2O
D.如果原料为HOCH2CH(OH)CH3,则生成的有机物只有乙醛和丙烯
解析:选C 由题图可知,反应过程中Mo形成共价键的数目发生了改变,A错误。MoO3在反应中作催化剂,能够改变反应途径,但