通关07 反应历程探究与催化机理-备战2024年高考化学抢分秘籍（新高考专用）

通关07 反应历程探究与催化机理 【高考预测】预测考向，总结常考点及应对的策略 【技法必备】提供方法技巧，解决问题策略 【误区点拨】点拨常见的易错点 【抢分通关】分析命题热点，把握解题技巧，精选名校模拟题 概率预测 ☆☆☆☆☆ 题型预测 选择题和非选择题☆☆☆☆☆ 考向预测 ①化学反应热、化学反应速率有关的反应历程是考查的重点。 ②单循环和多循环的催化机理是考查的重点。 化学反应历程探究与催化机理是化学反应原理模块中的重要组成部分，涉及宏观瓣识与微现探析、变化观念与平衡思想以及证据推理与模型认知等多重学科素养。近年来，在自主命题省份的试卷中有不同粗度的呈现，有的省份出现的概率达到100%，成为I卷和Ⅱ卷综合题考查的重点。反应历程或机理图像一般取材于实际科研成果，充分体现了化学反应的本质，高考常以此为载体考查反应原理、活化能、反应热等知识，是近年高考的命题热点。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。此类试题以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，就是把一个复杂反应分解成若干个反应，然后按照一定规律组合起来，从而达到阐述复杂反应的内在联系的目的，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。从近年考题的精况看，可将化学反应机理考查分为三个热点：一是反应过程中的能量变化：二是反应过程中的微粒变化：三是机理与化学反应速率和化学平衡的关系。 技法1 “环式”反应催化机理的分析 “环式”反应过程图如下： “入环”的物质为反应物，如图中的①④；位于“环上”的物质为催化剂或中间体，如图中的⑤⑥⑦⑧；“出环”的物质为生成物，如图中的②③；由反应物和生成物可快速得出总反应方程式。 1.明确反应物：最重要的要看清图示中的箭头，明确哪些物质进行循环体系，哪些物质离子循环体系，进行循环体系的物质为总反应的反应物，离子循环体系的物质为总反应的生成物。 2.明确催化剂和中间产物：从循环图示中找出分解的若干反应，通过分步反应区分哪些是催化剂，哪些是中间产物。 3.写出总反应：依据质量守恒定律，确定循环 图示中没标出的物质，利用氧化还原反应的配平方法进行配平，写出总反应，同时标出催化剂和反应条件。 技法2 “直线式”催化剂表面“吸附”“脱附”机理分析 1.过程分析 上述是合成氨的催化反应机理的一般过程(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。 2.过程中能量变化分析 催化剂的催化过程是一个能量变化的过程，其中有能量升高（称为吸热）、也有能量降低（称为放热）。吸热的过程就是“爬坡”的过程，就是能垒，最大能垒就是活化能。能垒是指必须要克服的能量障碍，才能达到化学反应的转化状态。催化剂吸附一般是吸热的，而催化剂脱附是表征催化剂反应过程中，催化剂表面上被吸附物质释放出去的反应步骤之一。脱附并非是必须要克服的能量障碍，因此，催化剂脱附不能算作是能垒。但是，在实际的催化剂反应中，由于催化剂的活性中心部分与反应物之间的相互作用强度较大，因此，在某些情况下，催化剂脱附所需要的能量也是催化反应中的一种能垒之一。 例如：我国科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了在铁掺杂W18049纳米反应器催化剂表面上实现常温低电位合成氨，获得较高的氮产量和法拉第效率。反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。 需要吸收能量最大的能量（活化能）E= ev，该步骤的化学方程式为 。若通入体积分数过大时导致催化剂效率降低的原因是 。 也就是说，脱附就看是吸热还是放热，吸热的话考虑能垒问题。 技法3 能垒与决速步骤的关系 能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也称为慢反应。例如下图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤 。 【特别提醒】①最大能垒是指反应历程各步变化中起始相对能量和过渡态相对能量的最大差值。 ②能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。 ③用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 ④相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。 ⑤书写总反应化学方程式只看始态和终态的物质，并删去二者中相同的物质，不考虑各步骤中的“中间物质”。 ⑥若吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，则物种“吸附”放热，而“脱附”吸热。 技法4 催化剂与化学反应的关系 化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，