第2章 微专题3 反应机理中的物质转化与能量图识别-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

微专题3　反应机理中的物质转化与能量图识别 第二章　化学反应速率与化学平衡 题型1　反应机理中的物质转化 例1 以H2O2和HCl为原料制备高纯度次氯酸的机理如图所示，V为元素钒，其最高化合价为＋5价，N(His404)、N(His496)分别为两种不同的氨基酸，下列说法不正确的是(　　) B A．该催化循环过程中有氢氧键的断裂和形成 B．反应过程中，中心原子钒的化合价和成键数目均发生改变 C．该机理中化合物A是催化剂，B、C、D、E是中间产物 D．该过程的总反应为H2O2＋H＋＋Cl－===HClO＋H2O 【解析】 B→C过程中有氢氧键断裂，C→D过程中有氢氧键形成，A正确；反应过程中，从A→B，钒的成键数目增多，但化合价均为＋5价，B不正确；该机理中化合物A在反应前后质量和化学性质没有发生变化，是催化剂，B、C、D、E是中间产物，C正确；该过程的总反应为H2O2＋H＋＋Cl－===HClO＋H2O，D正确。 [方法技巧] 只进不出是反应物；只出不进是生成物；进进出出的是催化剂或中间产物。 (1)催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。 (2)中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续又消耗多少。 题型2　反应机理中的能量图识别 例2 铁的配合物离子催化某反应的相对能量的变化情况如图所示。 (1)该反应过程中的最大能垒(活化能)＝____________kJ·mol-1。 (2)该反应历程分______步进行，其决速步是第______步。 (3)该过程的总反应式为________________________________； 其ΔH________(填“大于”“等于”或“小于”)0。 86.1 4 4 小于 [方法技巧] (1)最大能垒是指正反应历程各步变化中起始物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步。 (3)书写总反应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”，如上题中起始物为HCOO－＋HCOOH，终态物为HCOO－＋H2＋CO2，删去HCOO－即可。 (4)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。 (5)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。 在线巩固 D A．反应③⑤为决速步骤 B．该历程中的最大能垒(活化能)E正＝16.87 eV C．使用更高效的催化剂可降低反应所需的活化能和反应热 D．该反应历程分三步进行 在线巩固 【解析】 反应③的活化能最大，反应速率最小，由于化学反应的速率由最慢的一步决定，所以反应③为决速步骤，A错误；该历程中的最大能垒(活化能)E正＝16.87 eV－(－1.99 eV)＝18.86 eV，B错误；催化剂可降低反应所需的活化能，改变反应速率，但不能改变反应始态和终态的总能量，即不能改变反应热，C错误；由题图可知，该反应历程分三步进行，D正确。 在线巩固 2．[2023·宁波中学检测]已知X转化为R和W的反应分步进行：①X(g)⥫⥬Y(g)＋2W(g)　ΔH1；②Y(g)⥫⥬R(g)＋W(g)　ΔH2。反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) 在线巩固 D A．增加体系中X(g)的浓度，反应物活化分子百分数增大，有效碰撞次数增加，反应速率增大 B．反应过程中，由于Ea2<Ea3，反应①的速率大于反应②的速率 C．更换高效催化剂，可使ΔH1和ΔH2减小 D．R(g)＋W(g)⥫⥬Y(g)　ΔH＝(Ea4－Ea3)kJ·mol-1　 在线巩固 【解析】 增加体系中X(g)的浓度，增大了单位体积内活化分子数目，但活化分子百分数不变，A错误；Ea1>Ea3，活化能越大，反应速率越小，反应①的速率小于反应②，B错误；催化剂不影响焓变，C错误；由图可知Y(g)⥫⥬R(g)＋W(g)为吸热反应，则R(g)＋W(g)⥫⥬Y(g)为放热反应，焓变等于正反应活化能减去逆反应活化能，ΔH＝(Ea4－Ea3)kJ·mol-1，D正确。 在线巩固 3．[2023·柯桥中学检测]采用ZnBr2/SiO2为催化剂，通过氧溴化可将甲烷转化为一溴甲烷。该路线实现了甲烷的低温活化、有效抑制活泼产物的深度氧化，显著提高产物的选择性，其反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　) 在线巩固 C A．产物中可能混有CH2Br2 B．若用FeBr2替换ZnBr2，一溴甲烷的产率将降低 C．过程Ⅱ中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶3 在线巩固 在线巩固 4．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。 在线巩固 水煤气变换的ΔH________(填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E正＝____________eV，写出该步骤的化学方程式：_____________________________________________________________。 【解析】 观察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，ΔH小于0。过渡态物质的相对能量与始态物质的相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。 在线巩固 小于 2.02 COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*) 感谢聆听，再见！ HCOOHCO2↑＋H2↑ 【解析】 (1)由题图可知，该反应历程中的最大能垒是43.5 kJ·mol-1－ (－42.6 kJ·mol-1)＝86.1 kJ·mol-1。(2)由题图可知，该反应历程共分4步，其中第4步的活化能最大，反应速率最小，是决速步。(3)由反应的始态和终态的物质及能量大小可知总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑；反应为放热反应。 1．已知化合物A＋H2OⅠⅡB＋HCOO－，其反应历程如图所示，其中TS1、TS2、TS3表示不同的过渡态，Ⅰ、Ⅱ表示中间体。下列说法正确的是(　　) D．总反应为2CH4＋2HBr＋O22CH3Br＋2H2O　 【解析】 采用ZnBr2/SiO2为催化剂，通过氧溴化可将甲烷转化为一溴甲烷，反应过程中有甲烷和溴的反应，只要在光照条件下，就会发生连续取代，产物中可能混有CH2Br2等，A正确；亚铁离子能被氧气氧化，催化活性降低，所以若用FeBr2替换ZnBr2，一溴甲烷的产率将降低，B正确；过程Ⅱ中反应方程式为2HBr＋O2＋ZnBr2===H2O＋2Br2＋ZnO，氧化剂为O2，还原剂为HBr、ZnBr2，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3，C错误；由反应机理图可知，反应过程中加入的有HBr、O2、CH4，生成的有CH3Br、H2O，ZnBr2、ZnO、Br2参与催化剂循环，故总反应为2CH4＋2HBr＋O22CH3Br＋2H2O，D正确。 $$