(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)

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，