高中化学微专题-专题二 化学反应机理图像(讲)

专题二 化学反应机理图像 化学反应机理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，这类试题符合新课标的理念，“源于教材而高于教材”，体现了化学核心素养中的宏观辨识与微观探析，从不同层次认识物质的多样性，以及由微观和宏观相结合的视角分析和解决实际问题，在备考过程中要给予高度重视与关注。 一、反应机理 1.反应机理是用来描述某反应物到反应产物所经由的全部基元反应，就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应，以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，然后按照一定规律组合起来，从而阐述复杂反应的内在联系，以及总反应与基元反应内在联系。 2.反应机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。典型的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。 3.反应机理中包含的基元反应是单分子反应或双分子反应。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。 4.认识化学反应机理，任何化合物的每一步反应都应该是在该条件下此类化合物的通用反应。 二、有效碰撞理论 1.化学反应发生的条件：在化学反应中，反应物分子不断发生碰撞，大多数碰撞无法发生反应，只有少数分子的碰撞才能发生化学反应，能发生有效碰撞的分子是活化分子。普通反应物分子形成活化分子所需要的能量叫活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。发生有效碰撞不仅有能量的因素，还有空间因素，只有同时满足这两者的要求才能发生有效碰撞。 2.反应历程：发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1-E2。 在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。 三、反应机理图像解读 1. 反应过程能量图 2.反应机理循环图 3.反应机理能垒图 【例题1】 1．目前认为酸催化乙烯水合制乙醇的反应机理及能量与反应进程的关系如图所示。下列说法错误的是 A．第②、③步反应均释放能量 B．该反应进程中有二个过渡态 C．酸催化剂能同时降低正、逆反应的活化能 D．总反应速率由第①步反应决定 【举一反三】 2．已知反应( aq)+2I-(aq)2(aq)+I2(aq)，若向该溶液中加入含Fe3+的某溶液，反应机理如图所示。下列有关说法错误的是 ①2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq) ②2Fe2+( aq)+(aq)=2Fe3+(aq)+2(aq) A．反应①和反应②相比，反应②更快 B．Fe3+是该反应的催化剂 C．增大Fe3+的浓度，能够加快反应速率 D．若不加Fe3+，正反应的活化能比逆反应的活化能大 【例题2】 3．使用NC环金属化Ir(III)配合物催化甲酸脱氢的反应机理如图，下列说法正确的是 A．反应过程中，配合物A、B、C、D、E为中间产物 B．甲酸脱氢过程的总反应为HCOOHCO2↑+H2↑ C．由A→B的过程，是还原反应 D．反应过程中，HCOOH中的C=O键发生断裂 【举一反三】 4．有氧条件下，NO 在催化剂作用下可被 NH3还原为 N2，反应机理如下图所示。 下列说法不正确的是 A．V5+ =O 在反应中起到催化剂的作用 B．该转化过程中，仅O2体现了氧化性 C．该转化过程中若O2过量不利于 NO 转化为N2 D．该转化过程的总反应：4NH3 + 4NO + O2=4N2 + 6H2O 【例题3】 5．我国某科研团队通过计算机模拟技术提出在12—磷钨酸(固体强酸)催化作用下甲醇气相脱水合成二甲醚的反应机理：CH3OH+H+→IM1(中间体1)→TS1(过渡态1)→IM3(中间体3)→CH+H2O，CH+CH3OH→IM2(中间体2)→TS2(过渡态2)→IM4(中间体4)→CH3OCH3+H+。反应过程和相对能量E(kJ•mol-1)如图所示。下列说法错误的是 A．该反应机理中的最大能垒(活化能)E正=513.4kJ•mol-1 B．2CH2OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-18.2kJ•mol-1 C．已知IM1为CH2=OH++H2，CH2=OH+H+→IM1是一个无垒(活化能为0)过程，可推测该过程从断键开始，断键时吸收的能量大于成键释放的能量 D．类推IM2应为CH2=OH++CH4 【举一反三】 6．《应用化学》杂志提出在温和条件下催化合成碳酸二甲酯()，每2个参与反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注，下列说法错误的是 A．制约反应速率关键步骤的基元反应方程式： B．总反应： C．降低反应的活化能，提高化学反应速率 D．过程中既有H-O键的断裂，又有H-O键的形成 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．B 【详解】A. 根据反应历程，结合图可知，第②③步均为反应物总能量高于生成物的总能量，为放热反应，选项A正确； B. 根据过渡态理论，反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡态，由图可知，该反应进程中有三个过渡态，选项B错误； C. 酸催化剂能同时降低正、逆反应的活化能，选项C正确； D. 活化能越大，反应速率越慢，决定这总反应的反应速率，由图可知，第①步反应的活化能最大，总反应速率由第①步反应决定，选项D正确； 答案选B。 2．D 【详解】A．由图可知：反应①所需要的活化能比反应②所需要的活化能大，活化能越小反应速率越快，故反应②更快，A正确； B．Fe3+在反应①作反应物，在反应②作生成物，即Fe3+在反应前后没有变化，是该反应的催化剂，B正确； C．由B知Fe3+是该反应的催化剂，催化剂的作用是降低活化能，加快反应速率，C正确； D．由图可知(aq)+2I-(aq)⇋2 (aq)+I2(aq)的正反应是放热反应，正反应的活化能比逆反应的活化能小，催化剂不能改变焓变，即正逆反应的活化能大小关系与催化剂Fe3+无关，D错误； 故答案为：D。 3．B 【详解】A．催化剂是反应前就有的物质，在反应过程中，参加反应，但反应前后质量和性质不变的物质，而中间产物是反应前没有，反应过程中生成的产物，根据反应历程可知：第一步反应为B与甲酸的反应，可知B为催化剂，A、C、D、E为中间产物，A错误； B．由反应历程可知，甲酸脱氢过程的总反应为HCOOHCO2↑+H2↑，B正确； C．A→B的过程中除产生B物质，同时反应产生H2，物质失去氢的反应为氧化反应，C错误； D．根据图示可知：在反应过程中，HCOOH中的C=O键不发生断裂，断裂的是C-H、H-O键，且重新形成C=O，生成CO2，D错误； 故合理选项是B。 4．B 【详解】A．V5+ =O 在反应中参与了反应但量没有增加或减少，起到催化剂的作用，A正确； B．该转化过程中，NO中的N化合价降低、NO和O2都体现了氧化性，B错误； C．该转化过程中若O2过量则将NO氧化为NO2，不利于 NO与 NH3转化为N2，C正确； D．结合图示过程，进入的物质有NH3、NO、O2，出来的物质有N2、H2O，故该转化过程的总反应：4NH3 + 4NO + O2=4N2 + 6H2O，D正确； 故选B。 5．C 【详解】A．由图中信息可知，该反应机理中的最大能垒(活化能) E正= 189.8k/mol- (-323.6 ) kJ/mol=513.4kJ/mol，A正确； B．由图得①CH3OH+H+=CH+H2OΔH=-208k/mol，②CH+CH3OH=CH3OCH3+H+ΔH=+189 .8kJ/mol，将①②相加得：2CH3OH(g) =CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH= (-208kJ/mol)+ (+189.8k/mol) =-18.2kJ/mol，B正确； C．断键需要克服活化能吸收能量，CH3OH+H+IM1是一个无垒(活化能为0 )过程，所以该过程可能从成键开始，成键时放出的热量大于断键时吸收的热量，C错误； D．反应过程中遵循原子守恒，所以IM2为CH2=OH++CH4，D正确； 故选C。 6．B 【详解】A．根据示意图可判断生成过渡态Ⅰ时需要的活化能最大，则制约反应速率关键步骤的基元反应方程式：，A正确； B．反应物是甲醇和二氧化碳，生成物是碳酸二甲酯和水，但题干信息并没有告诉物质的状态，且反应热的单位应该是kJ/mol，B错误； C．在反应前参与反应，反应后又生成，作催化剂，降低反应的活化能，提高化学反应速率，C正确； D．根据示意图可判断过程中甲醇中有H－O键的断裂，生成水时又有H－O键的形成，D正确； 答案选B。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$