题型10 反应微观机理分析 速率方程及其应用-2024年高考化学二轮热点题型归纳与变式演练（新高考通用）

题型10 反应微观机理分析 速率方程及其应用 目录 1 【考向一】基元反应及其反应机理分析 1 【考向二】能垒图、过渡态理论及其反应机理分析 4 【考向三】催化剂、活化能及其反应机理 9 【考向四】循环反应机理图像分析 13 【考向五】速率方程与速率常数的有关计算 16 【考向六】外界条件对速率与速率常数的影响 19 【考向七】速率常数与平衡常数的转化 22 【考向一】基元反应及其反应机理分析 【典例1】某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放，一定条件下该反应经历三个基元反应阶段，反应历程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是    A．三个基元反应中，反应②和反应③是放热反应 B．该化学反应的速率主要由反应③决定 C．增大压强，反应物的转化率降低 D．温度过高可能导致催化剂失去活性，反应速率急剧下降，汽车尾气污染物增多 1.基元反应： 大多数的化学反应不能一步完成，在微观上是分几步完成的，这每一步反应都叫一个基元反应 如：反应H2O2＋2Br－＋2H＋===Br2＋2H2O，通过大量实验提出它们微观过程如下： ①H＋＋H2O2H3O ②H3O＋Br－===H2O＋HOBr ③HOBr＋H＋＋Br－===H2O＋Br2 2．反应历程： 由基元反应构成的反应序列，又称反应机理。 （1）总反应：2NO+2H2N2+2H2O （2）反应历程 ①2NO+H2N2O+H2O（慢） ②2N2O2N2+O2（快） ③2H2+O22H2O（更快） （3）决速反应：在反应历程中，反应速率最慢的基元反应 （4）决速浓度：最慢反应中反应物的浓度决定总反应的反应速率 （5）特点： a．不同的化学反应，反应历程不同。 b．同一反应在不同条件下的反应历程也可能不同。 c．反应历程的差别造成了化学反应速率的快慢差异。 d．对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。 【变式1-1】中国科学家研究在Pd/SVG催化剂上H2还原NO生成N2和NH3的路径，各基元反应及活化能Ea(kJ·mol-1)如图所示，下列说法错误的是    A．生成NH3的各基元反应中，N元素均被还原 B．在Pd/SVG催化剂上，NO更容易被H2还原为NH3 C．决定NO生成NH3速率的基元反应为NH2NO→NHNOH D．生成NH3的总反应方程式为2NO＋5H22NH3＋2H2O 【变式1-2】（2023上·新疆乌鲁木齐·高三乌鲁木齐市第九中学校考）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了CO2与H2在TiO2/Cu催化剂表面生成CH3OH和H2O的部分反应历程(包含反应①~⑤，共5个基元反应)如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注. 下列说法错误的是 A．反应①为放热反应 B．反应②的活化能Ea=0.68eV C．反应④可表示为HO*+H*=H2O* D．反应⑤为H2O从催化剂表面脱附的过程 【考向二】能垒图、过渡态理论及其反应机理分析 【典例2】（2023·河南·统考二模）某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放，其反应热。一定条件下该反应经历三个基元反应阶段，反应历程如图所示（TS表示过渡态），下列说法正确的是（    ）    A．三个基元反应中只有③是放热反应 B．该化学反应的速率主要由反应②决定 C．该过程的总反应为 D． 1.过渡态理论 过渡态理论认为，反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能，再转化成生成物。这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。 2.基元反应过渡状态理论 (1)基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态 AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC 反应物　　过渡态　　 　产物 (2)过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。如：一溴甲烷与NaOH溶液反应的历程可以表示为： CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH 反应物　　 过渡态　　 　 产物 3.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慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。 （3）能垒（活化能）：即反应物状态达到活化状态所需能量。根据变换历程的相对能量可知，最大差值为：其最大能垒（活化能） (4)