(教案)第2章 小阶段任务学习 反应机理图像的分析-【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1(人教版2019)

2023-09-12
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内容正文:

反应机理图像的分析 我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。 探究1:根据图像分析水煤气的变换是吸热反应还是放热反应? 提示:观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知,终态物质的相对能量低于始态物质的相对能量,说明该反应是放热反应。 探究2:该历程中最大能垒(活化能)E正是多少? 提示:过渡态物质的相对能量与起始态物质的相对能量相差越大,活化能越大,由图知,最大活化能E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV。 探究3:写出过渡态2的化学方程式。 提示:该步起始态物质为COOH*+H*+H2O*,产物为COOH*+2H*+OH*,故化学方程式为COOH*+H*+H2O*===COOH*+2H*+OH*(或H2O*===H*+OH*)。 1.多步反应的活化能及与速率的关系 (1)多步反应的活化能:一个化学反应由几个基元反应完成,每一个基元反应都经历一个过渡态,及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2),而该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值,没有实际物理意义。 (2)活化能和速率的关系:基元反应的活化能越大,反应物到达过渡态就越不容易,该基元反应的速率就越小。一个化学反应的速率就取决于速率最小的基元反应。 2.催化剂与活化能 (1)催化剂的催化机理:催化剂参与化学反应,生成能量更低的中间产物,降低了达到过渡态所需要的活化能,使反应易于发生,速率增大。 (2)催化反应一般过程(简化的过程): ①反应物扩散到催化剂表面; ②反应物被吸附在催化剂表面; ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物; ④产物的解吸。 1.乙烯与HCl气体催化加成反应的能量与反应历程的关系如图所示,下列说法正确的是(  ) A.第一步反应比第二步的快 B.第一步的逆反应活化能比第二步的小 C.两步反应的ΔH均小于0 D.增大压强可以使该反应的ΔH增大 B 解析:由图可知,第一步反应的活化能高于第二步,活化能越高反应速率越小,所以第一步比第二步慢,A错误;由图可知,第一步逆反应的活化能比第二步的小,B正确;第一步反应为吸热反应,ΔH大于0,C错误;对于确定的反应而言,反应热与压强无关,D错误。 2.CO2和CH4催化重整可制备合成气,对减缓燃料危机具有重要的意义,其反应历程示意图如下。下列说法不正确的是(  ) A.合成气的主要成分为CO和H2 B.①→②既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成 C.①→②吸收能量 D.Ni在该反应中作催化剂 C 解析:由图示可知CO2和CH4在Ni催化作用下,最终生成CO和H2,故A正确;由图示可知①→②过程中既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成,故B正确;①的能量总和大于②的能量总和,则①→②的过程放出能量,故C错误;由图示可知CO2和CH4催化重整生成CO和H2的过程中Ni的质量和化学性质没有发生变化,则Ni为催化剂,故D正确。 3.研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化,在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出),下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是(  ) A.CO的催化氧化反应为2CO+O2===2CO2 B.反应路径1的催化效果更好 C.路径1和路径2第一步能量变化都为 3.22 eV D.路径 1 中最大能垒(活化能)E正 =1.77 eV B 解析:由图可知CO在Pd2催化作用下与氧气反应产生CO2,化学方程式为2CO+O2===2CO2,A正确;由图可知:路径2所需总的活化能比路径1低,路径2的催化效果更好,B错误;路径1和路径2的第一步能量变化都为3.22 eV,C正确;路径1的最大能垒(活化能)E正=-3.96 eV-(-5.73 eV) =1.77 eV,D正确。 4.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HCOOHCO2↑+H2↑ B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率减小 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Ⅱ→Ⅲ步骤决定 D 解析:由反应机理可知,HCOOH电离出氢离子后,HCOO-与催化剂结合,放出二氧化碳,然后又结合氢离子转化为氢气,所以化学方程式为HCOOHCO2↑+H2↑,故A正确;若氢离子浓度过低,则反应Ⅲ→Ⅳ的反应物浓度降低,反应速率减小,若氢离子浓度过高,则会抑制甲酸的电离,使甲酸根浓度降低,反应Ⅰ→Ⅱ速率减小,所以氢离子浓度过高或过低,均导致反应速率减小,故B正确;由反应机理可知,Fe在反应过程中,化学键数目发生变化,则化合价也发生变化,故C正确;由反应进程可知,反应Ⅳ→Ⅰ能垒最大,反应速率最小,

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