有关“反应历程”题的考向全扫描

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  2020年版普通高中《化学课程标准》中明确指出:知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响;知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。近几年多套高考试题中涉及有关反应历程的考查,有如下常见的几种考查方向。
  考向一:识别催化反应历程图
  例1碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。碱式氯化铜有多种制备方法,其中一种方法:先制得CuCl,,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl,,Fet对该反应有催化作用,其催化原理如图1所示。M’的化学式为
  解析:由催化原理示意可知,Fet对该反应有催化作用,该过程的总反应为2Cu O, 4H -2Cu 2H,O。Cu元素的化合价升高,则M中Fe元素的化合价降低,可知M’的化学式为Fe 。
  答案:Fe2
  备考提示:对于反应历程图的分析,最基本的是判断反应物、生成物以及催化剂。一般情况下,催化剂在反应历程图中是以完整的循环出现,即该物质先参加反应后又生成,反应前后质量和化学性质均不变;反应物则是通过一个箭头进人整个历程的物质;生成物一般是通过一个箭头最终脱离整个历程的物质;而上一步反应的生成物又为下一步反应的反应物的是反应中间体。
  考向二:应用催化反应历程图
  例2CO,/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CO,和H,可能的反应机理如图2所示。
  (1)HCOOD催化释氢反应除生成CO,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
  解析:由反应历程循环图可知,HCOOH生成HCOO和H分别与催化剂结合,在催化剂表面HCOO分解生成CO,和H,之后在催化剂表面H~和第一步产生的H反应生成H,即反应历程为
  第(1)问还生成HD即氢气;HCOOK是强电解质,比HCOOH更容易产生浓度较大的HCOO~和K,从而更快地产生KH,KH可以与水反应生成H和KOH,生成的KOH可以吸收分解产生的CO,,从而使氢气更纯净,所以具体优点是:提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度。
  答案:HD提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度
  备考提示:本题能够顺利解答的关键是能够精准读取反应历程,并从反应历程的角度来分析与评价。
  考向三:催化剂与反应历程
  例3研究CO氧化C2H。制C2H,
  对资源综合利用有重要意义。
  已知:298K时,相关物质的相对能量(如图3)。
  可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的△H(△H随温度变化可忽略)。例如:
  有研究表明,在催化剂存在下,反应C,H(g) CO(g)=CH(g) HO(g) CO(g)分两步进行,过程如下:CzH(g) CO,(g)-CH(g) H(g) co.(g)-C,H,(g) CO(g) H,O(g),且第二步速率较慢(反应活化能为210kJ.mol)。根据相关物质的相对能量,画出该反应分两步进行的“能量一反应过程”图,起点从“CH{(g) CO,(g)”的能量-477kJ。mol’开始(如图4)。
  解析:根据相关物质的相对能量和活化能算出中间产物、过渡态和最终产物的相对能量,找到画图的关键数据,然后用平滑曲线连接即可。由题中信息可知,该反应分两步进行,第一步的反应是C,H(g)
   CO2(g)-CH(g) H(g) CO,(g),CH,(g)、H,(g).CO,(g)的相对能量之和为52kJ.mol-’ okJ.mol1 (-393kJ.mol~’)=-341kJ.mol~;第二步的反应是CH,(g) H,(g) CO,(g)CzH,(g) HO(g) CO(g),其活化能为210kJ.mol’,故该反应体系的过渡态的相对能量又升高了210kJ.mol’,过渡态的相对能量变为-341kJ.mol"’ 210kJ.mol"’:_-131kJ.mol~’,最终生成物C,H(g)、H,O(g)、CO(g)的相对能量之和为(52kJmol71) (-242kJ.mol-1) (-110kJ.moll)=-3o0kJ.mol-。根据题中“第二步速率较慢”的信息,可知第一步的活化能较小,第二步的活化能较大,即第一步活化能小于210kJ.mol’,第一步的过渡态相对能量小于-477kJ。mol’ 210kJ.mol-=-267kJ.mo"’,同时大于-341kJ.mol’。故该反应分两步进行的“能量一反应过程”如图5所示。
  答案:如图5所示。
  备考提示:在反应中,催化剂参与化学反应,从而改变化学反应历程,通常能量示意图会出现两个及以上波峰。由于最慢的一步反应对总反应速率起决定作用,催化剂通过催化其中的慢反应而发挥作用,这也就决定了某种催化剂在一定条件下只对某一反应起催化作用,表现出催化剂是具有选择性的,工业上可以利用催化剂的选择性使原料向制定的方向转化,减小副反应的发生。另外,对某一反应来说,起催化作用的物质往往有多种,不同的催化剂催化效果也不同,温度对催化剂的活性有显著影响。在复习备考中,我们要注重知识之间的逻辑关系,使知识结构化、系统化。
  考向四:有机反应历程
  例4当1,3-丁二烯和溴单质1:1加成时,其反应机理及能量变化如图6所示。
  不同反應条件下,经过相同时间测得生成物组成如表1所示。
  下列分析不合理的是()。
  A.产物A、B互为同分异构体,由中间体生成A、B的反应互相竞争   B.相同条件下由活性中间体
  C生成产物A的速率更快
  C.实验1测定产物组成时,体系已达平衡状态
  D.实验1在lmin时,若升高温度至25C,部分产物A会经活性中间体C转化成产物B
  解析:由1,3-丁二烯和溴单质1:1加成时的反应机理及能量变化示意图可知,该反应可生成互为同分异构体的两种产物A和B,由中间产物生成A和B的反应互相竞争;由中间体生成A的活化能较低,故相同条件下由活性中间体C生成产物A的速率更快;实验1测定产物组成时,无法判断体系已达平衡状态;由图像可知,由C生成A和B的反应皆为放热反应;由表中数据可知,在较高的温度下,C转化为B有竞争优势,故实验1在tmin时,若升高温度到25”C,部分产物A
  会经活性中间体C转化成产物B。
  答案:C
  备考提示:有机化学反应之魂是旧键的断裂和新键的形成,弄清反应历程是关键。从上述例题可以发现,其考查的落脚点是化学反应的活化能、化学反应速率与化学平衡等问题,所以在复习备考中,应注重多模块知识的融合。
  考向五:化学方程式书写及反应历程证据探索
  例5近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下所示。
  (1)I可以作为水溶液中SO,歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。
  (2)探究i、ii反应速率与SO,歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18mLSO,饱和溶液加入到2mL下列试剂中,密闭放置观察现象(见表2)。(已知:I易溶解在KI溶液中)
  ①B是A的对比实验,则a=
  ②比较A、B、C,可得出的结论是
  ③实验表明,SO,的歧化反应速率D》A,结合i、ii反应速率解释原因:
  解析:(1)依据催化剂在反应前后质量和化学性质不变,反应i十反应ii消去I得总反应为3SO, 2H,O2HsO, s,I可以作为水溶液中SO,歧化反应的催化剂,由(总反应一反应i) 2,得反应i的离子方程式I 2H,O SO-4H SO 2I。
  (2)探究i、i反应速率与SO,歧化反应速率的关系,而两个反应中反应物和生成物众多,也就是影響反应速率的因素众多,需要通过控制变量法,只改变其中一个条件而其他条件不变来研究。
  ①B是A的对比实验,采用控制变量法,B比A多了0.2mol.L-’H,SO,则A与B中KI浓度应相等,则a=0.4。
  ②由A与B实验可知,H可以加快SO,歧化反应的速率。由B与C实验可知,单独加H不能催化SO,的歧化反应。比较A、B、C,可得出的结论是:I是SO,歧化反应的催化剂,H单独存在时不具有催化作用,但H可以加快歧化反应速率。
  ③对比D和A,D中加入KI的浓度小于A,D中多加了I2,反应i消耗H和I厂,反应i中消耗I,,D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快”,反应速率D》A,由此可见,反应i比反应i速率快,反应i产生H使c(H )增大,又使反应i加快。
  答案:(1)SO,SO4H
  (2)①0.4②I是SO,歧化反应的催化剂,H单独存在时不具有催化作用,但H可以加快歧化反应速率③反应ii比i快;D中由反应ii产生的H使反应i加快
  备考提示:从近几年高考有关反应历程试题的考查情况来看,已由简单的判断转变为定性问题定量化、结论问题过程化、宏观问题微观化等趋势。在复习备考中,可以针对此类问题,以“紧凑型问题组”模式的“微型专题”为复习策略,将多模块知识进行融合,建构知识体系,注重认识思维的结构化和显性化,形成解题能力与化学素养,提高备考的针对性和有效性。
  (责任编辑谢启刚)
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