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(共42張PPT)
第10講
催化劑與反應(yīng)原理
2024高考化學(xué)試題評(píng)析及教學(xué)啟示
contents
目錄
01
命題特點(diǎn)
01
02
03
經(jīng)典重現(xiàn)
模型建構(gòu)
04
教學(xué)啟示
命題特點(diǎn)
PART 01
01
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
高考評(píng)價(jià)體系的內(nèi)在邏輯和總體特征可以從“核心價(jià)值金線”“能力素養(yǎng)銀線”和“情境載體串聯(lián)線”三條線索進(jìn)行理解和把握，其中“核心價(jià)值金線”貫串高考命題和評(píng)價(jià)的始終，“能力素養(yǎng)銀線”成為高考命題和考查的重心，情境作為考查載體，是“金線”和“銀線”的串聯(lián)線。
第一，“核心價(jià)值金線”是指圍繞立德樹人來考查學(xué)生的政治立場和思維觀念、世界觀和方法論以及道德品質(zhì)。
第二，“能力素養(yǎng)銀線”主要考查學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握、實(shí)踐探索以及思維方法等方面的能力。
第三，“情境載體串聯(lián)線”是指通過設(shè)計(jì)生活實(shí)踐情境和學(xué)習(xí)探索情境，將其作為任務(wù)創(chuàng)設(shè)和基本知識(shí)能力運(yùn)用考查的載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)科基本概念、原理、技能和思維方法的考查和選拔，著重考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、原理和思維方法發(fā)現(xiàn)問題、解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。
高考評(píng)價(jià)體系的命題理念
（2024河北T14）我國科技工作者設(shè)計(jì)了如圖所示的可充電 Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1, 3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時(shí)CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設(shè)計(jì)克服了MgCO3導(dǎo)電性差和釋放 CO2能力差的障礙，同時(shí)改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
真實(shí)情境
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
真實(shí)情境
（2024江蘇T17） 氫能是理想清潔能源，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、儲(chǔ)氫和用氫組成。
②使用含氨基物質(zhì)(化學(xué)式為CN-NH2，CN是一種碳衍生材料)聯(lián)合Pd-Au催化劑儲(chǔ)氫，可能機(jī)理如圖所示。氨基能將 控制在催化劑表面，其原理是_______；用重氫氣(D2)代替H2，通過檢測是否存在_______(填化學(xué)式)確認(rèn)反應(yīng)過程中的加氫方式。
2024
甲卷T28
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
核心素養(yǎng)
宏觀辨識(shí)與微觀探析
2024
江蘇
T17
證據(jù)推理與模型認(rèn)知
變化觀念與平衡思想
2024
甲卷T28
2024
貴州T14
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
熱力學(xué)基礎(chǔ)
動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
化學(xué)反應(yīng)歷程
活化分子理論
過渡態(tài)理 論
化學(xué)反應(yīng)速率
化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
平衡移動(dòng)
平衡常數(shù)
簡單反應(yīng)
復(fù)雜反應(yīng)
基元反應(yīng)
平行反應(yīng)
連續(xù)反應(yīng)
物質(zhì)變化
能量變化
基礎(chǔ)性
綜合性
應(yīng)用性
創(chuàng)新性
必備知識(shí)
關(guān)鍵能力
研究命題特點(diǎn)，把握命題方向
卷別 題型 呈現(xiàn)形式 考點(diǎn)分布
物質(zhì)變化 反應(yīng)機(jī)理 催化劑 焓變 化學(xué)平衡 活化能 速率比較 決速步驟 選擇性
江蘇卷T5 選擇題 文字?jǐn)⑹? √ √ √ √ √
甘肅卷T10 選擇題 能量變化圖 √ √ √ √
廣東卷T15 選擇題 能量變化圖 √ √ √ √ √ √ √
安徽卷T10 選擇題 能量變化圖 √ √ √ √
北京卷T13 選擇題 能量變化圖 √ √ √ √
河北卷T14 選擇題 循環(huán)機(jī)理圖 能量變化圖 √ √ √
貴州卷T14 選擇題 能量變化圖 √ √ √ √
北京卷T10 選擇題 循環(huán)機(jī)理圖 √ √ √ √
江蘇卷T17 主觀題 循環(huán)機(jī)理圖 √ √ √
甲卷T28 主觀題 文字?jǐn)⑹? √ √ √
安徽卷T17 主觀題 文字?jǐn)⑹? √ √
貴州卷T17 主觀題 文字?jǐn)⑹?√ √ √ √ √
經(jīng)典重現(xiàn)
PART 02
02
【例1】（2024江蘇T5）催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率而不改變反應(yīng)的焓變，常見倠化劑有金屬及其氧化物、酸和堿等。倠化反應(yīng)廣泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金剛石、CO2和H2制CH3OCH3 (二甲醚)、V2O5倠化氧化SO2等。催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成環(huán)氧乙烷、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。催化作用能消除污染和影響環(huán)境，如汽車尾氣處理、廢水中NO3-電倠化生成N2、氯自由基催化O3分解形成臭氧空洞。我國在石油催化領(lǐng)域領(lǐng)先世界，高效、經(jīng)濟(jì)、綠色是未來催化劑研究的發(fā)展方向。
下列說法正確的是
A. 豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應(yīng)的活化能
B. C2H4與O2反應(yīng)中，Ag催化能提高生成CH3CHO的選擇性
C. H2O2制O2反應(yīng)中，MnO2能加快化學(xué)反應(yīng)速率
D. SO2與O2反應(yīng)中，V2O5能減小該反應(yīng)的焓變
重溫經(jīng)典，感悟高考
催化劑的性質(zhì)特點(diǎn)
C
改變反應(yīng)路徑
選擇性、高效性
【例2】 （2024甘肅T10）甲烷在某含Mo催化劑作用下部分反應(yīng)的能量變化如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是
重溫經(jīng)典，感悟高考
A. E2=1.41eV
B. 步驟2逆向反應(yīng)的 H =+0.29eV
C. 步驟1的反應(yīng)比步驟2快
D. 該過程實(shí)現(xiàn)了甲烷的氧化
0.70eV-（-0.71eV）=1.41eV
-0.71eV-（-1.00eV）=+0.29eV
CH4→ CH3OH
-2
-4
C
活化能與反應(yīng)速率
【例3】（2024貴州T14）AgCN與CH3CH2Br可發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)過程中CN-的C原子和N原子均可進(jìn)攻CH3CH2Br，分別生成腈 (CH3CH2CN)和異腈(CH3CH2NC)兩種產(chǎn)物。通過量子化學(xué)計(jì)算得到的反應(yīng)歷程及能量變化如圖(TS為過渡態(tài)，Ⅰ、Ⅱ?yàn)楹罄m(xù)物)。
重溫經(jīng)典，感悟高考
由圖示信息，下列說法錯(cuò)誤的是
A. 從CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)
B. 過渡態(tài)TS1是由CN-的C原子進(jìn)攻CH3CH2Br的α—C而形成的
C. Ⅰ中“N—Ag”之間的作用力比Ⅱ中“C—Ag”之間的作用力弱
D. 生成CH3CH2CN放熱更多，低溫時(shí)CH3CH2CN是主要產(chǎn)物
H<0
中間產(chǎn)物I斷鍵所需能量少
D
活化能與反應(yīng)機(jī)理
【例4】（2024廣東T15）對(duì)反應(yīng)S(g) T(g) (I為中間產(chǎn)物)，相同條件下：①加入催化劑，反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間大幅縮短；②提高反應(yīng)溫度，c平(S)/ c平(T)增大，c平(S)/ c平(I)減小。基于以上事實(shí)，可能的反應(yīng)歷程示意圖(——為無催化劑，------為有催化劑)為
重溫經(jīng)典，感悟高考
活化能與反應(yīng)速率
S(g) T(g)
S(g) I(g)
I(g) T(g)
T↑，逆向移動(dòng)， H<0
H2<0
H1>0
A
【例5】（2024安徽T10）某溫度下，在密閉容器中充入一定量的X(g)，發(fā)生下列反應(yīng)：X(g) Y(g) (ΔH1<0)，Y(g) Z(g)(ΔH2<0)，測得各氣體濃度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示。下列反應(yīng)進(jìn)程示意圖符合題意的是
重溫經(jīng)典，感悟高考
活化能與反應(yīng)速率
X(g) Y(g) (ΔH1<0)
Y(g) Z(g) (ΔH2<0)
v1>v2
B
(2023·浙江6月選考，14)一定條件下，1-苯基丙炔(Ph－C≡C－CH3)可與HCl發(fā)生催化加成，反應(yīng)如下：
反應(yīng)過程中該炔烴及反應(yīng)產(chǎn)物的占比隨時(shí)間的變化如圖(已知：反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ為放熱反應(yīng))。
重溫經(jīng)典，感悟高考
下列說法不正確的是
A.反應(yīng)焓變：反應(yīng)Ⅰ>反應(yīng)Ⅱ
B.反應(yīng)活化能：反應(yīng)Ⅰ<反應(yīng)Ⅱ
C.增加HCl濃度可增加平衡時(shí)產(chǎn)物Ⅱ和產(chǎn)物Ⅰ的比例
D.選擇相對(duì)較短的反應(yīng)時(shí)間，及時(shí)分離可獲得高產(chǎn)率的產(chǎn)物Ⅰ
ΔH1<0
ΔH3<0
ΔH2=ΔH1+ΔH3<0
ΔH2<ΔH1
v1>v2
動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物
熱力學(xué)產(chǎn)物
C
【例6】 （2024河北T14）我國科技工作者設(shè)計(jì)了如圖所示的可充電 Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1, 3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時(shí)CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設(shè)計(jì)克服了MgCO3導(dǎo)電性差和釋放 CO2能力差的障礙，同時(shí)改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。
重溫經(jīng)典，感悟高考
對(duì)上述電池放電時(shí)CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進(jìn)一步研究，電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應(yīng)路徑及相對(duì)能最變化如圖(*表示吸附態(tài))。 下列說法錯(cuò)誤的是（ ）
A. PDA捕獲CO2的反應(yīng)為
B. 路徑2是優(yōu)先路徑，速控步驟反應(yīng)式為
C. 路徑1、3經(jīng)歷不同的反應(yīng)步驟但產(chǎn)物相同；路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同
D. 三個(gè)路徑速控步驟均涉及*轉(zhuǎn)化，路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生
正極
（2021河北卷16）（4）我國科學(xué)家研究了Li-CO2電池取得了重大科研成果。回答下列問題：
①Li-CO2電池中鋰為單質(zhì)鋰片，則該電池中的CO2在 （填“正”或“負(fù)”）極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。研究表明，該電池的反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鋰和單質(zhì)碳，且CO2電還原后與鋰離子結(jié)合形成碳酸鋰按以下4個(gè)步驟進(jìn)行，寫出步驟III的離子方程式。
Ⅰ.2CO2 + 2e- = C2O42- Ⅱ.C2O42- = CO2 + CO22- Ⅲ. ; Ⅳ.CO32- + 2Li+ = Li2CO3
重溫經(jīng)典，感悟高考
總：4Li+3CO2=2Li2CO3+C
正
CO2+2CO22- = 2CO32- + C
負(fù)：4Li-4e- = 4Li+
正：3CO2+4e- = 2CO32- + C
CO2+2e- = CO22-
反應(yīng)機(jī)理
②研究表明，在電解質(zhì)水溶液中，CO2氣體可被電化學(xué)還原。在電解質(zhì)水溶液中，三種不同的催化劑（a、b、c）上CO2電還原為CO的反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)程中（H+電還原為H2的反應(yīng)可同時(shí)發(fā)生），相對(duì)能量變化如圖。由此判斷二氧化碳電還原為CO從易到難的順序?yàn)? （用a、b、c字母排序）。
重溫經(jīng)典，感悟高考
0.74
0.46
0.51
0.60
0.27
0.22
c、a、b
a：b：c=
A. PDA捕獲CO2的反應(yīng)為
B. 路徑2是優(yōu)先路徑，速控步驟反應(yīng)式為
C. 路徑1、3經(jīng)歷不同的反應(yīng)步驟但產(chǎn)物相同；路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同
D. 三個(gè)路徑速控步驟均涉及*轉(zhuǎn)化，路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生
【例6】 （2024河北T14）對(duì)上述電池放電時(shí)CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進(jìn)一步研究，電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應(yīng)路徑及相對(duì)能最變化如圖(*表示吸附態(tài))。 下列說法錯(cuò)誤的是（ ）
重溫經(jīng)典，感悟高考
CO2
CO2
無PDA
D
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
【例7】（2024北京T10）可采用Deacon催化氧化法將工業(yè)副產(chǎn)物HCl制成Cl2，實(shí)現(xiàn)氯資源的再利用。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：4HCl(g)+ O2(g) 2Cl2(g)+ 2H2O(g) H= -114.4kJ·mol-1。下圖所示為該法的一種催化機(jī)理。
重溫經(jīng)典，感悟高考
下列說法不正確的是（ ）
A．Y為反應(yīng)物HCl，W為生成物H2O
B．反應(yīng)制得1mol Cl2，須投入2mol CuO
C．升高反應(yīng)溫度，HCl被O2氧化制Cl2的反應(yīng)平衡常數(shù)減小
D．圖中轉(zhuǎn)化涉及的反應(yīng)中有兩個(gè)屬于氧化還原反應(yīng)
O2
Cl2
HCl
H2O
催化劑
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
①
催化劑具有高效性，且循環(huán)使用，少量即可
H<0，T↑，逆向移動(dòng)
②
③
④
④
⑤
⑥
⑤、⑥
B
【例8】（2024北京T13）苯在濃HNO3和濃H2SO4作用下，反應(yīng)過程中能量變化示意圖如下。下列說法不正確的是（ ）
重溫經(jīng)典，感悟高考
A．從中間體到產(chǎn)物，無論從產(chǎn)物穩(wěn)定性還是反應(yīng)速率的角度均有利于產(chǎn)物Ⅱ
B．X為苯的加成產(chǎn)物，Y為苯的取代產(chǎn)物
C．由苯得到M時(shí)，苯中的大π鍵沒有變化
D．對(duì)于生成Y的反應(yīng)，濃H2SO4作催化劑
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
加成產(chǎn)物， H1>0
取代產(chǎn)物， H2<0
決速
步驟
sp3
C
【例9】（2024全國甲卷T28）甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下。回答下列問題：
（3）少量I2可提高生成CH3Br的選擇性。500℃時(shí)，分別在有I2和無I2的條件下，將8mmol CH4和8mmol Br2，通入密閉容器，溴代甲烷的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間(t)的變化關(guān)系見下圖。
重溫經(jīng)典，感悟高考
(i)在11~19s之間，有I2和無I2時(shí)CH3Br的生成速率之比 _____
(ii)從圖中找出I2提高了CH3Br選擇性的證據(jù)：_____。
(ⅲ)研究表明，I2參與反應(yīng)的可能機(jī)理如下：
①I2(g)= I(g)+ I(g) ② I(g)+ CH2Br2(g)= IBr(g)+ CH2Br (g)
③ CH2Br(g) + HBr(g)= CH3Br(g)+ Br (g)
④ Br (g)+ CH4 (g) =HBr(g) + CH3(g)
⑤ CH3(g) + IBr(g)= CH3Br(g)+ I(g) ⑥ I(g)+ I(g) = I2(g)
根據(jù)上述機(jī)理，分析I2提高CH3Br選擇性的原因：_____。
消耗了部分CH2Br2，同時(shí)也消耗了部分HBr，使得消耗的CH2Br2發(fā)生反應(yīng)生成了CH3Br，提高了CH3Br的選擇性
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
【例10】（2024安徽T17）乙烯是一種用途廣泛的有機(jī)化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注。回答下列問題：
（4）通過Cu+修飾的Y分子篩的吸附-脫附。可實(shí)現(xiàn)C2H4和C2H6混合氣的分離。Cu+的_______與C2H4分子的π鍵電子形成配位鍵，這種配位鍵強(qiáng)弱介于范德華力和共價(jià)鍵之間。用該分子篩分離C2H4和C2H6的優(yōu)點(diǎn)是_______。
（5）常溫常壓下，將C2H4和C2H6等體積混合，以一定流速通過某吸附劑。測得兩種氣體出口濃度(c)與進(jìn)口濃度(c0)之比隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。下列推斷合理的是_______(填標(biāo)號(hào))。
重溫經(jīng)典，感悟高考
A．前30min，兩種氣體均未被吸附
B．p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，出口氣體的主要成分是C2H6
C．a(chǎn)-b對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，吸附的C2H6逐新被C2H4替代
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
C2H4能與Cu+形成配合物而吸附在Y分子篩上，C2H6中無孤電子對(duì)不能與Cu+形成配合物而無法吸附
空軌道
BC
3d10
【例10】（2024江蘇T17） 氫能是理想清潔能源，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、儲(chǔ)氫和用氫組成。
（1）利用鐵及其氧化物循環(huán)制氫，原理如圖所示。反應(yīng)器Ⅰ中化合價(jià)發(fā)生改變的元素有_______；含CO和H2各1mol的混合氣體通過該方法制氫，理論上可獲得_______mol H2。
重溫經(jīng)典，感悟高考
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O
3Fe+ 4H2O = 4H2+Fe3O4
1mol
1mol
mol
mol
mol
mol
C、H、Fe
【例11】（2024江蘇T17） 氫能是理想清潔能源，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、儲(chǔ)氫和用氫組成。
（3）反應(yīng) 可用于儲(chǔ)氫。
①密閉容器中，其他條件不變，向含有催化劑的0.1 mol·L-1NaHCO3溶液中通入H2，HCOO-產(chǎn)率隨溫度變化如圖所示。溫度高于70℃，HCOO-產(chǎn)率下降的可能原因是_______。
重溫經(jīng)典，感悟高考
②使用含氨基物質(zhì)(化學(xué)式為CN-NH2，CN是一種碳衍生材料)聯(lián)合Pd-Au催化劑儲(chǔ)氫，可能機(jī)理如圖所示。氨基能將 控制在催化劑表面，其原理是_______；用重氫氣(D2)代替H2，通過檢測是否存在_______(填化學(xué)式)確認(rèn)反應(yīng)過程中的加氫方式。
催化劑與反應(yīng)機(jī)理
NaHCO3受熱分解
平衡移動(dòng)？
Au原子與O之間的配位作用力
-NH2與-OH之間的氫鍵
NHD、DCOO-
【例12】 （2024貴州T14）在無氧環(huán)境下，CH4經(jīng)催化脫氫芳構(gòu)化可直接轉(zhuǎn)化為高附加值的芳烴產(chǎn)品。
（6）引入丙烷可促進(jìn)甲烷芳構(gòu)化制備苯和二甲苯，反應(yīng)如下：
重溫經(jīng)典，感悟高考
(兩個(gè)反應(yīng)可視為同級(jí)數(shù)的平行反應(yīng))對(duì)于同級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)有，其中v、k分別為反應(yīng)速率和反應(yīng)速率常數(shù)，Ea為反應(yīng)活化能，A1、A2為定值，R為常數(shù)，T為溫度，同一溫度下是定值。已知Ea,苯適當(dāng)降低溫度，或改變催化劑
催化劑與反應(yīng)速率
模型建構(gòu)
PART 03
03
構(gòu)建思維模型，兼顧方法模型
1、以核心素養(yǎng)為測試宗旨
2、以真實(shí)情境為測試載體
3、以實(shí)際問題為測試任務(wù)
4、以化學(xué)知識(shí)為解決問題的工具
命題原則
提取
聯(lián)系
關(guān)鍵能力
解題方略
方程
圖表
文字
簡單？復(fù)雜？
平行？連續(xù)？
儀器的選擇及連接順序
試劑的選擇及添加順序
反應(yīng)物及生成物
催化劑及中間產(chǎn)物
轉(zhuǎn)移電子數(shù)目
活化能
焓變
必備知識(shí)與關(guān)鍵信息
科學(xué)分析與準(zhǔn)確判斷
歸因分析
平衡移動(dòng)
速率調(diào)控
構(gòu)建思維模型，兼顧方法模型
大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)并不是經(jīng)過簡單碰撞就能完成，往往要經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)。
每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)。
反應(yīng)物分子并不是通過簡單碰撞直接形成產(chǎn)物，而是必須經(jīng)過一個(gè)形成活化絡(luò)合物的過渡狀態(tài)，并且達(dá)到這個(gè)過渡狀態(tài)需要一定的活化能。
簡化的催化反應(yīng)基本過程：反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑表面→反應(yīng)物吸附在催化劑表面→吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化生成產(chǎn)物→產(chǎn)物的脫附
改
變
改變反應(yīng)的途徑（機(jī)理）
改變反應(yīng)的活化能
改變化學(xué)反應(yīng)速率
不
改
變
不能改變焓變(ΔH)
不改變反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率(α)及平衡常數(shù)(K)
不改變反應(yīng)的可能性
動(dòng)力學(xué)
熱力學(xué)
催化劑
構(gòu)建思維模型，兼顧方法模型
“環(huán)式”反應(yīng)催化機(jī)理
反應(yīng)物“只進(jìn)不出”
生成物“只出不進(jìn)”
催化劑“失而復(fù)得”
中間產(chǎn)物“自生自滅”
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
構(gòu)建思維模型，兼顧方法模型
基元反應(yīng)速率方程：(A)(B)
阿倫尼烏斯公式：
范特霍夫方程：
蓋斯定律： +
動(dòng)力學(xué)方程
熱力學(xué)方程
教學(xué)啟示
PART 04
04
高考引領(lǐng)教學(xué)，教學(xué)銜接高考
反應(yīng)機(jī)理在近幾年高考題中頻繁出現(xiàn)。化學(xué)反應(yīng)機(jī)理試題以圖示的形式來描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部反應(yīng)，就是把一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)分解成若干個(gè)反應(yīng)，然后按照一定規(guī)律組合起來，從而達(dá)到闡述復(fù)雜反應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系的目的。近來年出現(xiàn)考查考生對(duì)反應(yīng)熱、活化能、催化劑對(duì)反應(yīng)歷程的影響與能量變化，反應(yīng)歷程分析等，且考查內(nèi)容越來越多元化。
化學(xué)中熱力學(xué)趨勢和動(dòng)力學(xué)趨勢的含義
1.熱力學(xué)注重反應(yīng)的趨勢，比如反應(yīng)趨向于熵增，放熱，讓能量降低的趨勢，產(chǎn)物的能量越低，熱力學(xué)越穩(wěn)定，與平衡常數(shù)密切相關(guān)。
動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)過程的活化能有關(guān)，過渡態(tài)能量越低，活化能越低，速率越快，可以使用阿倫尼烏斯方程判斷。
2.低溫，速度慢，反應(yīng)很難到達(dá)平衡，所以動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)率。高溫速度快，反應(yīng)很容易到達(dá)平衡，所以最終產(chǎn)率取決于平衡常數(shù)，也就是熱力學(xué)控制。
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熱力學(xué)控制和動(dòng)力學(xué)控制的區(qū)別
1.反應(yīng)沿著不同的反應(yīng)歷程會(huì)得到不同的產(chǎn)物。
如果反應(yīng)還未達(dá)成平衡前就分離產(chǎn)物，利用各種產(chǎn)物生成速率差異來控制產(chǎn)物分布稱動(dòng)力學(xué)控制反應(yīng)，其主要產(chǎn)物稱動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物。
如果讓反應(yīng)體系達(dá)成平衡后再分離產(chǎn)物，利用各種產(chǎn)物熱穩(wěn)定性差異來控制產(chǎn)物分布稱熱力學(xué)控制反應(yīng)或平衡控制反應(yīng)，其主要產(chǎn)物稱熱力學(xué)控制產(chǎn)物。
2.兩種控制的區(qū)別是在分離產(chǎn)物時(shí)反應(yīng)體系是否達(dá)到平衡態(tài)，沒有涉及反應(yīng)條件，反應(yīng)條件不同只是通過影響在分離產(chǎn)物時(shí)反應(yīng)體系離化學(xué)平衡態(tài)的距離而影響反應(yīng)產(chǎn)物的分布。
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3.要利用控制因素不同，而控制不同的主要產(chǎn)物，并不是任何平行反應(yīng)都行，而是應(yīng)當(dāng)滿足一定條件的反應(yīng)才有可能。下面以A分別生成B和C兩種產(chǎn)物為例：
首先是兩個(gè)方向均有明顯的可逆性，如果兩個(gè)方向的反應(yīng)幾乎沒有可逆性，B、C 一旦生成就不能逆轉(zhuǎn)，直到反應(yīng)物消耗完為止，很明顯生成速度快者量最多，它就是主要產(chǎn)物，平衡也無從談起，則產(chǎn)物都為動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物。
其次，兩種不同產(chǎn)物之間有較明顯的熱穩(wěn)定性差異。如上圖所示，如C的熱穩(wěn)定性明顯比B高，且熱穩(wěn)定性相對(duì)較好的C產(chǎn)物，生成反應(yīng)有較高的活化能，當(dāng)然它的生成反應(yīng)速率較低，而熱穩(wěn)定性相對(duì)較低的B，生成反應(yīng)卻有較低的活化能，相應(yīng)B有較高的生成反應(yīng)速率。
第三，有的反應(yīng)還應(yīng)當(dāng)在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。同樣根據(jù)阿倫尼烏斯公式：k=Ae-Ea/RT。升高溫度可以減小活化能的影響，因此，升高溫度有利于得到熱力學(xué)產(chǎn)物；降低溫度，有利于得到動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物。
第四，在反應(yīng)達(dá)到平衡前分離產(chǎn)物，無論什么溫度范圍內(nèi)，始終有生成B產(chǎn)物的速率，大于生成C產(chǎn)物的速率，只是隨著溫度的升高兩者的差異減小， 因此在任意溫度下進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)未達(dá)成平衡就分離產(chǎn)物時(shí)，反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制——B產(chǎn)物為主要產(chǎn)物。
高考引領(lǐng)教學(xué)，教學(xué)銜接高考
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第五，若達(dá)成平衡后才分離產(chǎn)物，反應(yīng)受熱力學(xué)控制——C產(chǎn)物為主要產(chǎn)物。在后一種情況下，兩直線有一交點(diǎn)，設(shè)其對(duì)應(yīng)溫度為T，反應(yīng)在低于T的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)，生成B的速率大于生成C產(chǎn)物的速率，仍然是反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制時(shí)，B 產(chǎn)物為主要產(chǎn)物，而反應(yīng)受熱力學(xué)控制時(shí)，C 產(chǎn)物為主要產(chǎn)物。當(dāng)溫度等于T 時(shí)，生成產(chǎn)物B 和C 的速率相等，所以反應(yīng)體系離平衡尚遠(yuǎn)時(shí)產(chǎn)物中B、C 比例幾乎相同，達(dá)成平衡后，C產(chǎn)物為主要產(chǎn)物。
當(dāng)溫度高于T時(shí)，生成C產(chǎn)物的速率大于生成B產(chǎn)物的速率，C產(chǎn)物就既是熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物，也是生成速率快的產(chǎn)物，無論是熱力學(xué)控制產(chǎn)物，還是動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物，C產(chǎn)物均是主要產(chǎn)物。從熱力學(xué)方面：要使熱力學(xué)穩(wěn)定性較高的C產(chǎn)物在平衡產(chǎn)物中為主要產(chǎn)物，同樣對(duì)溫度有一定的限制，如果各種產(chǎn)物的平衡表達(dá)式形式相同，那么各種產(chǎn)物的平衡濃度與其平衡常數(shù)成正比例關(guān)系。
走出催化劑的幾種常見誤區(qū)
誤區(qū)1 催化劑不參加化學(xué)反應(yīng) 催化劑不是不參加化學(xué)反應(yīng)，而是在化學(xué)反應(yīng)前后，催化劑的化學(xué)性質(zhì)基本不變。
誤區(qū)2 一種反應(yīng)只有一種催化劑 實(shí)際上一個(gè)反應(yīng)可以有多種催化劑，只是我們常選用催化效率高的，對(duì)環(huán)境污染小，成本低的催化劑。
誤區(qū)3 催化劑都是加快化學(xué)反應(yīng)速率 實(shí)際上，催化劑有正催化劑與負(fù)催化劑，正催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率，負(fù)催化劑是減慢化學(xué)反應(yīng)速率的。
誤區(qū)4 催化劑的效率與催化劑的量無關(guān) 實(shí)際上，催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，是第一反應(yīng)物。既然是反應(yīng)物，催化劑的表面積，催化劑的濃度大小必然影響化學(xué)反應(yīng)速率。
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備考復(fù)習(xí)幾點(diǎn)建議
1.在備考過程中要重點(diǎn)注意知識(shí)的理解和應(yīng)用，在進(jìn)行專題復(fù)習(xí)時(shí)重點(diǎn)注意構(gòu)建知識(shí)的關(guān)聯(lián)體系。知識(shí)點(diǎn)關(guān)系框架的構(gòu)建需要跨越章節(jié)和教材限制，以真題為背景將關(guān)聯(lián)性知識(shí)內(nèi)容整合在一起。讓學(xué)生從結(jié)構(gòu)化角度入手，形成知識(shí)地圖，順藤摸瓜找到解決問題的必備基礎(chǔ)知識(shí)。
2.真題是最好資料，在備考過程中一定要多做真題。將不同省份同種類型題放在一起進(jìn)行類比，分析相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，歸納共性的解題思路。利用模型分析試題中的圖像內(nèi)容，從圖像提取信息，分析信息內(nèi)容對(duì)于化學(xué)反應(yīng)會(huì)造成什么樣的影響。
3.深度理解化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的區(qū)別，明確催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用與作用機(jī)理，并將其與化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的知識(shí)相銜接。
4.努力提升提取信息，分析問題，銜接必備知識(shí)解決問題的能力，既要大膽猜測，又要小心求證，催化劑及反應(yīng)機(jī)理的很多信息都源自圖文，能夠遇山開山，也能撥云見日。
THANKS

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