内容正文:
第九章 化学反应速率与化学平衡
微专题•大素养(15)
反应历程机理与能垒
第九章 化学反应速率与化学平衡
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第九章 化学反应速率与化学平衡
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第九章 化学反应速率与化学平衡
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第九章 化学反应速率与化学平衡
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1.基元反应
大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应都称为基元反应。
2.对于基元反应aA+bB===gG+hH,其速率方程可写为v=k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数,恒温下,k不因反应物浓度的改变而变化),这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比,有时称其为质量作用定律。
3.许多化学反应,尽管其反应方程式很简单,却不是基元反应,而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。例如H2(g)+I2(g)===2HI(g),它的反应历程有如下两步基元反应:
①I2I+I(快)
②H2+2I===2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
4.过渡态理论
如图所示是两步完成的化学反应。
(1)该反应的反应物为A、B,中间体为C,生成物为D。
(2)由A、B生成C的反应为吸热反应,由C生成D的反应为放热反应,总反应为放热反应。
(3)第一步为慢反应,第二步为快反应,决定总反应快慢的是第一步反应。
1.(2024·安徽阜阳一模)已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),其反应机理如下:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) 快
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.该反应的速率主要取决于①的快慢
B.NOBr2是该反应的催化剂
C.正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1
D.增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数,加快反应速率
解析 A.反应速率主要取决于慢的一步;B.NOBr2是中间产物;C.正反应放热,断裂化学键吸收的能量小于形成化学键放出的能量;D.增大浓度,活化分子百分数不变。
答案 C
2.(2025·八省联考四川卷)恒容反应器中,Rh和Rh/Mn均能催化反应:HCHO+H2+COHOCH2CHO(羟基乙醛),反应历程如图所示,I1~I3为中间体,TS1~TS3为过渡态。
下列描述正确的是( )
A.“CO插入”步骤,ΔH为-17.6 kcal·mol-1
B.Rh催化作用下,“加氢”步骤为决速步骤
C.Rh/Mn催化作用下,羟基乙醛的生成速率更小
D.反应达平衡时,升高温度,羟基乙醛的浓度增大
解析 由图可知,一氧化碳插入步骤为放热反应,反应ΔH=-15.4 kcal·mol-1,故A错误;反应的活化能越大,反应速率越慢,慢反应是反应的决速步骤,由图可知,Rh催化作用下,加氢步骤的活化能为24.4 kcal·mol-1,反应的活化能最大,所以加氢步骤为决速步骤,故B正确;反应的活化能越大,反应速率越慢,由图可知,Rh催化作用下,反应的活化能大于Rh/Mn催化作用下,所以羟基乙醛的生成速率小于Rh/Mn催化作用下,故C错误;由图可知,生成羟基乙醛的反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,羟基乙醛的浓度减小,故D错误。
答案 B
3.(2024·1月九省联考贵州卷)叔丁基溴可与硝酸银在醇溶液中反应:
(CH3)3C—Br+AgNO3eq \o(——→,\s\up17(C2H5OH),\s\do15( ))(CH3)3C—ONO2+AgBr↓
反应分步进行:
①(CH3)3C—Br―→[(CH3)3C┄Br]―→(CH3)3C++Br-
②(CH3)3C++NOeq \o\al(-,3)―→[(CH3)3C┄ONO2]―→(CH3)3C—ONO2
下图是该反应能量变化图。下列说法正确的是( )
A.选用催化剂可改变反应ΔH的大小
B.图中Ⅰ对应的物质是[(CH3)3C┄ONO2]
C.其他条件不变时,NOeq \o\al(-,3)的浓度越高,总反应速率越快
D.其他条件不变时,(CH3)3C—Br的浓度是总反应速率的决定因素
解析 催化剂可以通过改变活化能来改变化学反应速率,对ΔH无影响,故A错误;由题中反应分布进行的式子可知,Ⅰ对应的物质是(CH3)3C+,故B错误;总反应速率主要由活化能最大的步骤决定,即(CH3)3C—Br―→[(CH3)3C┄Br],其他条件不变时,NOeq \o\al(-,3)的浓度越高,反应②速率越快,但对总反应速率的影响不大,故C错误;由C可知,(CH3)3C—Br的浓度越大,该步骤反应速率越快,总反应速率越快,故D正确。
答案 D
4.(2024·北京卷)苯在浓HNO3和浓H2SO4作用下,反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是( )
A.从中间体到产物,无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ
B.X为苯的加成产物,Y为苯的取代产物
C.由苯得到M时,苯中的大π键没有变化
D.对于生成Y的反应,浓H2SO4作催化剂
解析 生成产物Ⅱ的反应的活化能更低,反应速率更快,且产物Ⅱ的能量更低即产物Ⅱ更稳定,以上2个角度均有利于产物Ⅱ,故A正确;根据前后结构对照,X为苯的加成产物,Y为苯的取代产物,故B正确;M的六元环中与—NO2相连的C为sp3杂化,苯中大π键发生改变,故C错误;苯的硝化反应中浓H2SO4作催化剂,故D正确。
答案 C
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