2026年高考化学总复习备课课件 第2讲 反应历程 催化机理

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1.知道化学反应是有历程的,了解基元反应、过渡态理论;2.知道催化剂可以改变反应历程,了解简单的催化机理及其对调控化学反应速率的重要意义。
考点一　基元反应　过渡态理论
考点二　催化机理与催化剂对反应速率的影响
一个化学反应往往需要经过　　　　反应步骤才能实现,　　　　反应都称为基元反应。 
(1)含义与某化学反应有关的一组基元反应反映了该反应的反应历程,反应历程又称反应机理。(2)自由基带有　　　　的原子或原子团叫做自由基,如O·自由基、I·自由基。 (3)反应历程中的自由基如H2(g)+I2(g)===2HI(g),它的反应历程有如下两步基元反应:
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
②H2+2I·===2HI(慢)
(1)由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现:①Ce4++Mn2+――→Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+――→Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+――→Ti3++Mn2+。由此可知:①该反应的总反应的方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②该反应的催化剂是　　　　。 (2)甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4――→CH3—CH3+H2,该反应的机理如下:①CH4――→·CH3+·H;②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; ③CH4+H·――→·CH3+H2;④·CH3+H·――→CH4。补充反应②的方程式。
2Ce4++Ti+===2Ce3++Ti3+
·CH3+CH4――→CH3—CH3+H·
解析　(1)催化剂是在化学反应里能改变反应物的化学反应速率(既能提高也能降低),而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4+最终变为Ce3+,Ti+变为Ti3+,Mn2+没变,故为催化剂。(2)烷烃的热解反应,是典型的自由基反应,自由基反应一般经历链引发、链传递、链终止的过程,故第二步反应属于链传递环节,产物中还有自由基生成,且生成物有乙烷,故确定其反应原理为·CH3+CH4――→CH3—CH3+H·。
(1)理论简介反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。如图所示:　　　　是正反应的活化能,　　　　是逆反应的活化能。ΔH=　　　　。 
(2)催化剂影响化学反应速率的过渡态理论解释使用催化剂→改变了反应的路径(如图),反应的活化能降低→反应速率加快。
对于反应NO2+CO===NO+CO2,CO和NO2先形成活化络合物[O—N…O…C—O],原有的N…O键部分地破裂,新的C…O键部分地形成,最后旧键完全破裂,新键形成,转变为生成物分子。(1)反应过程可表示为
(2)反应过程能量图图示释义①　　　　表示正反应的活化能; ②　　　　表示逆反应的活化能; ③反应的焓变ΔH=　　　　　　; ④一般来说,Ea越　　　　,反应速率越快,反应越易进行。 
下列描述正确的是(　　)A.“CO插入”步骤,ΔH为-17.6 kcal·ml-1B.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
2.CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应,其相对能量与反应历程如图所示。
第一步:Fe*+N2O===FeO*+N2第二步:FeO*+CO===Fe*+CO2回答下列问题:(1)该反应的催化剂是　　　　。 (2)第一步反应是　　　　(填“放热”或“吸热”,下同)反应,第二步反应是　　　　反应。 (3)该反应的总反应化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 
CO+N2O===N2+CO2
解析　(1)由题意可知,第一步Fe*被消耗,第二步又生成,说明Fe*是反应的催化剂。(2)根据反应历程图可知,两步反应的生成物的总能量均低于反应物的总能量,则两步反应均为放热反应。(3)根据盖斯定律:第一步反应+第二步反应=总反应,则总反应为CO+N2O===N2+CO2。
3.利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除废气中的NO和NO2,生成两种无毒物质,其反应历程如图所示:
(1)X是　　　　　　。 (2)上述历程的总反应为　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)由反应历程可知,[(NH4)(HNO2)]+是该反应的　　　　　　。 
(1)催化剂的催化机理催化剂参与化学反应,生成能量更低的中间产物,降低了达到过渡态所需要的活化能,使反应速率加快。反应A+B――→AB的活化能为　　　　。 加入催化剂K后,反应分两步进行:①A+K――→AK　活化能为　　　　(慢反应) ②AK+B――→AB+K　活化能为　　　　(快反应) 
(1)催化剂只能改变反应途径(又称反应机理),不能改变反应的始态和终态。它同时加快了正、逆反应速率,缩短了达到平衡的时间,并不能改变平衡状态。(2)催化剂有选择性,不同的反应常用不同的催化剂,即每个反应有它特有的催化剂。生产上常利用催化剂的选择性,使所希望的化学反应加快,同时抑制某些副反应的发生。(3)每种催化剂只有在特定条件下才能体现出它的活性,否则将失去活性或发生催化剂中毒。
(1)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
由上表判断,催化剂X　　　(填“优于”或“劣于”)Y,理由是。
催化剂X较催化剂Y,积碳反应时,活化能低,反应速率大,消碳反应时,活化能高,反应速率小,综合考虑,催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应,不利于消碳反应,会降低催化剂活性
(2)生物催化剂——酶对反应速率的影响如图所示:
根据酶促反应速率曲线说明酶的催化活性:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
由曲线说明在最适的温度和pH条件下,酶的活性最高
1.(2025·八省联考陕西卷)某团队合成了一种铁掺杂二氧化钛的新型催化剂,用于转化H2S为单质S,提出的催化历程示意图如下。NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A.O2使Fe2+转化成Fe3+,恢复催化剂活性B.过程①和④均发生了非极性键的断裂C.过程②和③均发生了氧化还原反应D.理论上,每转化34 g H2S,转移的电子数目为NA
2.(2024·重庆七校开学考试)CO用于处理大气污染物N2O,在催化剂作用下该反应的具体过程如图1所示,反应过程中能量变化情况如图2所示。下列说法错误的是(　　)
B.该总反应的反应ΔH=-361.22 kJ·ml-1C.该总反应的决速步是反应②D.该反应催化剂为Zn+,ZnO+为中间产物
(1)反应历程中化学键的变化在反应中,旧键断裂与新键形成是同时进行的,形成中间过渡态。(2)反应历程中物质的变化①只进不出的是反应物(A――→…);②只出不进的是产物(…――→M);③先出后进的是中间体(…――→X,X――→…);④先进后出的是催化剂(R――→…,…――→R)。
3.汽车排气管装有三元催化剂装置,在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂,右上角带“*”表示吸附状态]:
Ⅰ.NO+Pt(s)===NO*Ⅱ.CO+Pt(s)===CO*Ⅲ.NO*===N*+O*Ⅳ.CO*+O*===CO2+Pt(s)Ⅴ.N*+N*===N2+Pt(s)Ⅵ.NO*+N*===N2O+Pt(s)经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta升至Tb的过程中,反应物浓度急剧减小的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)图2中T2 ℃时反应Ⅴ的活化能　　　　(填“”或“=”)反应Ⅵ的活化能;T3 ℃时发生的主要反应为　　　　(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。 解析　(1)由图1可知,温度升高,反应物的消耗量增大,说明催化剂的活性增强,反应速率加快。(2)由图2可知,T2 ℃时,N2的浓度小于N2O的浓度,说明反应Ⅴ的反应速率小于反应Ⅵ的反应速率,则反应Ⅴ的活化能大于反应Ⅵ的活化能;T3 ℃时,生成物二氧化碳的浓度最大,说明发生的主要反应为反应Ⅳ。
温度升高,催化剂活性增强,反应速率加快
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1.(2024·黑吉辽卷)异山梨醇是一种由生物制备的高附加值化学品;150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(　　)
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等B.该温度下的平衡常数:①>②C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 ml·kg-1·h-1D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
解析　A.由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;B.由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;C.由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;D.由图可知在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低反应速率较快,后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
3.(2022·北京卷)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图1所示。反应①完成之后,以N2为载气,以恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上有积碳。
4.(2023·全国甲卷)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、C+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 (ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线　　　　(填“c”或“d”)。 (ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD　　　　CHD2OH(填“>”“