2023届高三化学一轮复习 催化剂与反应机理 课件

这是一份2023届高三化学一轮复习 催化剂与反应机理 课件，共42页。PPT课件主要包含了命题方向，回眸高考，模型建构，考题预测，教学策略，普通共价键+配位键，键的断裂与生成，物质变化，能量变化，速率与过程等内容，欢迎下载使用。
1.考查对催化循环图的理解： 识别催化剂、原料、产物以及催化过程中中心原子化学键的变化、反应类型判断、催化机理的迁移。
2.考查对总包反应中基元反应历程的理解： 理解基元反应的历程，根据信息补充总包反应中某一步、多步基元反应的方程式。
【思考4】如何判断催化剂的中心原子成键的数目？
【思考5】如何判断催化剂的中心原子的化合价？
（1）共用电子对的偏向
（2）中性分子配体无影响
（3）微粒整体带电荷情况
从微观层次认识化学变化
反应物→生成物往往不是一步完成的
每一步反应称为基元反应
反应历程：化学变化经由的全部基元反应
（1）没有中间体(中间产物)
v = k [ca(A)] [cb(B)]
【例5】[2022年河北]16. (4)我国科学家研究Li-CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：①Li-CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在 (填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。Ⅰ. 2CO2 + 2e- == C2O42- Ⅱ. C2O42- == CO2 + CO22- Ⅲ. ；Ⅳ. CO32- + 2Li+ == Li2CO3
2CO22- + CO2 == C + 2CO32-
CO22- + ？== ？ + CO32-
[2022年浙江1月]29(3) 一氧化碳变换反应：CO(g) + H2O(g) == CO2(g) + H2(g) △H = −41kJ·ml-1以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量-反应过程如图2所示。用化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)： 。
M + H2O == MO + H2
MO + CO == M + CO2
【思考6】从能量-反应过程图能获取哪些信息？
与催化机理有关的反应历程
[变式]在硫酸的工业生产中，有以下反应： 在生产工艺中，选择400~500ºC为操作温度，常压，V2O5作催化剂。该催化反应中存在V2O5和VO2的相互转化，试写出该催化机理。
【思考7】各基元反应的反应物、生成物有何联系？ 你对书写反应历程有何见解？
基元反应间通常是连续反应，上一步反应的产物是下一步反应的反应物。
【例7】[2022年浙江6月]29(4). 一定条件下，在Na2S-H2SO4-H2O2溶液体系中，检测得到pH-时间振荡曲线如图，同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其中的两个离子方程式。
Ⅰ. S2- + H+ == HS-；Ⅱ. ① ；Ⅲ. HS- + H2O2 + H+ == S↓ + 2H2O；Ⅳ. ② 。
【思考8】每一个周期总的反应是什么？（物质最终的变化？）
【思考9】现象呈周期性变化，物质是否在循环？为什么？
【思考10】pH振荡的原因？
反应物总是在不断被消耗
简单有机反应的反应历程
（一）烷烃基上C-H的取代
step 2和3反复循环
[例8]甲烷气相热分解反应方程式为：该反应的机理如下：①②③④补充反应②反应方程式。
（二）碳碳双键的加成反应
[例9] 丙烯与HBr反应：
[思考10]哪一种是主要产物，并说明原因？
[马氏规则]马尔可夫尼可夫规则(Markvnikv rule)： 不对称烯烃与卤化氢加成时，通常“氢原子加到含氢多的不饱和碳原子一侧”。
[思考11]请从速率和平衡视角分析丙烯与HBr反应的主要产物。
蓝色：机理1红色：机理2
机理1：活化能大，速率慢；放热少，反应限度小。
机理2：活化能小，速率快；放热多，反应限度大。
【例10】[2022年山东]11. 18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为：能量变化如图所示。已知 为快速平衡，下列说法正确的是( )
A. 反应Ⅱ、Ⅲ为决速步B. 反应结束后，溶液中存在18OH-C. 反应结束后，溶液中存在CH318OHD. 反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
三、基于微观反应历程的反应调控
1.固体表面催化的一般历程
2. 多步反应的决速调控
催化剂通过改变反应历程降低反应的活化能
基元反应中活化能最大一步是速率控制步骤
【例11】（2022年广东卷·19节选）⑶ 一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分步进行，其中，第步的正反应活化能最大。
【解析】由图可知，反应过程中能量变化出现了4个峰，反应经历了4个过渡态，即经历了4步基元反应；且从左往右看第4次对应的峰最高，即正反应方向第4步活化能最大，是决速步骤。
【例12】（2022年全国卷·28节选）二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为： CO2(g) + 3H2(g)===CH3OH(g) + H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现：① CO2(g) + H2(g)===CO(g) + H2O(g) ΔH1= +41 kJ·ml－1② CO2(g) + 2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1= －90 kJ·ml－1总反应的ΔH=_______kJ·ml－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是(填标号)，判断的理由是 。
ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①的活化能大于反应②的活化能
氮气廉价，氮气过量有利于提高氢气的转化率；氮气的吸附分解反应活化能高，是反应的决速步骤，提高氮气浓度有利于提高整体反应速率。
【例14】（2022年江苏卷节选）CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。HCOOH催化释氢。在催化剂作用下， HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成__________(填化学式)。②研究发现：其他条件不变时，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是____________________________________________。
提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度
1．催化循环图思维模型
（1）循环图中流入的箭头对应的物质一般为原料，流出的箭头对应的物质为产物；（2）参与循环的物质中，最靠近原料的物质一般为催化剂，其他物质一般为反应的中间体。
2．总包反应与基元反应历程的思维模型：总包反应为A→C
解决基元反应历程书写问题，要抓住基元反应间的关系：总包反应可看做若干基元反应的连续型反应，即上一步反应的产物就是下一步反应的生成物：
3．基于催化历程的反应调控思维模型：以多相催化为例
（1）催化历程：扩散→吸附→反应→脱附四个基本过程。（2）影响速率的因素：催化剂的表面积大小，决定了吸附反应物的浓度，影响反应速率的快慢。（3）多相催化过程中，气相物质的浓度对反应速率无直接影响，吸附态物质的浓度才影响反应速率。（4）产物快速从催化剂表面脱附，即能加快反应的速率，又能促进平衡正向移动。
【例1】（2022年北京市石景山区模拟试题节选）一种CO2直接加氢的反应机理如图所示。（1）写出总反应的化学方程式 ________________________________________。
（2）该反应的催化剂是__________________。
1. 结合催化循环图解，考查信息的获取及加工能力
点评：催化剂是优先与原料结合的物质，故寻找催化剂需要判断与原料最先键合的物质；一个反应体系中，催化剂可能是一种，也可能是多种，故需要灵活处理，不能思维固化。
【例2】（2022年北京市房山区一模）CO2的转化一直是世界范围内的研究热点。利用两种金属催化剂，在水溶液体系中将CO2分别转化为CO和HCOOH的反应过程示意图如下：
下列说法正确的是（ ）A．在转化为CO的路径中，只涉及碳氧键的断裂和氧氢键的形成B．在转化为HCOOH的路径中，CO2被氧化为HCOOHC．两个转化路径均有非极性键的形成D．上述反应过程说明催化剂具有选择性
点评：重视从分子模型图中获取信息、建立反应模型、实现宏微深度融合思维的能力。
涉及的化学键均为极性键
2. 从多相催化视角，考查基于分子反应图像的反应微观调控机制
随着CO2压强增大，CO2浓度增大，乙苯平衡转化率增大；CO2压强继续增大，会造成催化剂表面乙苯的吸附率下降 。
1.2kPa/100min
1.44kPa/120min
0级反应，匀速进行，与压强无关
在非均相催化反应体系中，催化剂表面吸附态物质的浓度与速率相关，而游离在催化剂之外的物质其浓度与速率无直接关系。
【例5】碘酸盐型碘钟的实验方法：向用H2SO4酸化的KIO3溶液中加入NaHSO3溶液(以及少量淀粉溶液)。实验现象：“无色→蓝黑色→无色→蓝黑色→……”的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其中的2个离子方程式。
点评：从现象获取证据，是解题的关键。
3. 基于实验现象和证据，考查对反应历程的理解与符号表征
注重关键能力的培养： 信息的获取能力、加工能力、输出能力。基于催化循环图或微观反应的分子图像，重视引导学生从图中获取关键信息和实现信息的有序、深度加工。2. 注重模型思维的建构： 无论是对催化机理的认识，还是基元反应历程的书写，都要引导学生主动构建对反应历程的理解逻辑思路。紧紧抓住总包反应与基元反应的关系，从连续性反应的特征出发认识基元反应的进程。