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2024届高考化学一轮复习课件 第七章 化学反应速率与化学平衡 第1讲 化学反应速率
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第七章 化学反应速率与化学平衡第1讲 化学反应速率
必备知识·整合
一、化学反应速率1.化学反应速率
快慢
减小
增大
.
m∶n∶p∶q
[理解·辨析] 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增大。( )解析:(1)不能用固体或纯液体物质(不是溶液)表示化学反应速率,因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )解析:(2)不一定,有些反应无明显现象。(3)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快。( )解析:(3)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同,当单位相同时,其数值之比等于化学计量数之比。
×
×
×
(4)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。( )解析:(4)单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大均表示正反应速率,其意义相同。
×
二、影响化学反应速率的因素1.影响化学反应速率的因素(1)主要因素——内因。反应物的组成、结构和性质等,如Na、Mg、Al与酸反应的速率大小关系为 。
Na>Mg>Al
(2)外界因素——外因。
增大
增大
减小
增大
相同
2.理论解释(1)有效碰撞与活化能。
基元
合适的取向
活化能
反应
热
E3
越大
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
增加
不变
增加
增多
不变
增加
增加
降低
[理解·辨析]
(1)升高温度或加入反应物A或B,是否都可以加快反应速率?提示:(1)升高温度可以加快反应速率,若A或B是固体或纯液体,则加入其不会影响反应速率。(2)若A、B、C均为气体,恒温恒容,充入氦气,对反应速率有何影响?提示:(2)
(3)若A、B、C均为气体,恒温恒压,充入氦气,对反应速率又有何影响?
提示:(3)
关键能力·提升
考点一 化学反应速率的计算与比较
化学反应速率的计算
(1)600～1 200 s,用NO2表示的该反应的平均速率v(NO2)= 。
答案:(1)1.0×10-3 mol·L-1·s-1
(2)反应至2 220 s时,反应放出O2的体积为 L(标准状况下)。
答案:(2)1.176
(3)分析上表的变化规律,推测x值为 。
答案:(3)3 930
[归纳总结] 化学反应速率的计算方法(1)根据定义公式直接计算。(2)根据图表计算:找出图表中相应物质的变化量,再根据定义公式计算。(3)运用“三段式法”进行计算(具体步骤如下):①写出有关反应的化学方程式;②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;③根据已知条件列方程式计算。
化学反应速率的比较
D
A.vA=0.15 mol·L-1·min-1B.vB=0.6 mol·L-1·min-1C.vC=0.4 mol·L-1·min-1D.vD=0.01 mol·L-1·s-1
考点二 影响化学反应速率的因素与解释
(2022·辽宁沈阳一二零中学质监)不同条件下,用O2氧化一定浓度的FeCl2溶液过程中所测得的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是( )
B
化学反应速率的影响因素
化学反应历程(或机理)的分析应用
(不定项)(2021·湖南卷)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示:
D
“环式”反应过程图像
(1)该反应的ΔH是多少?过程中的最大能垒是多少?提示:-46.2 kJ·mol-1;86.1 kJ·mol-1。(2)此反应过程中有几种中间体?提示:3种。
提示:未发生断裂。
1.(2022·山东淄博一模)研究CH3I与自由基Cl原子(用Cl*表示)的反应有助于保护臭氧层。已知:Cl*+CH3I反应有4条路径(TS表示过渡态,IM表示中间产物)如图所示。下列说法错误的是( )A.路径①的ΔH>0B.路径②是基元反应C.路径③的速率最快D.路径④的逆反应的活化能最大
解析:路径①中,生成物的总能量大于反应物的总能量,则ΔH>0,A项正确;基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,路径②中存在中间产物,不能一步完成,不属于基元反应,B项错误;活化能越小,反应速率越快,路径③的活化能最小,速率最快,C项正确;活化能是指活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,由图可知,路径④的逆反应的活化能最大,D项正确。
B
2.使用NC环金属化Ir(Ⅲ)配合物催化甲酸脱氢的反应机理如图。下列说法中错误的是( )
D
考点三 控制变量法探究影响化学反应速率的因素
1.(2022·辽宁东北育才高中模拟)某小组同学设计实验探究镁与铵盐溶液的反应,记录如下:
C
[实验内容及记录]
(1)请完成此实验设计,其中:V1= ,V2= 。
解析:(1)实验①②探究浓度对化学反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,即V1=2.0;实验②③探究温度对化学反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,即V2=3.0。
答案:(1)2.0 3.0
[实验内容及记录]
(2)实验①②探究的是 对化学反应速率的影响,根据上表中的实验数据,可以得到的结论是 。
解析:(2)根据表中数据可知实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响,根据表中的实验数据,可以得到的结论是其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,化学反应速率加快(减慢)。
答案:(2)浓度 其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,化学反应速率加快(减慢)
[实验内容及记录]
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验 (填实验编号)。
解析:(3)根据表中数据可知探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验②③。
答案:(3)②③
[实验内容及记录]
(4)利用实验①中的数据,计算用KMnO4表示的化学反应速率为 。
答案:(4)0.01 mol·L-1·min-1
[思维建模] “控制变量法”的解题策略
微专题15 化学反应速率常数及其应用
1.化学反应速率方程和速率常数
(1)速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。
2.速率常数的影响因素速率常数是温度的函数,温度对化学反应速率的影响是显著的,同一反应,温度不同,速率常数将有不同的值,但浓度不影响速率常数。
A
A.0～30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大
(1)k1、k2的大小关系如何?试求算速率常数k1和k2之比。
(2)若两反应皆为可逆反应,试求算达到平衡时两反应的平衡常数K1和K2之比。
提示:选择合适的催化剂。
下列说法不正确的是( )A.m=2,n=1,反应级数为3级B.当c(NO)=0.200 mol·L-1,c(Cl2)=0.300 mol·L-1,v(NO)=0.192 mol·L-1·s-1C.加入催化剂可以改变反应途径,也可以增大速率常数k,而加快反应速率D.升高温度,可以增大反应的活化能Ea,从而使速率常数k增大
D
下列说法正确的是( )A.速率方程中的m=1、n=1B.该反应的速率常数k=2.8×10-3min-1C.增大反应物浓度,k增大导致反应的瞬时速率加快D.在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375 min
D
微专题16 高考新宠——催化剂及催化机理
《普通高中化学课程标准》(2017年版)中与催化剂有关的描述多达19处,多个模块提及,课程标准指出:知道化学反应是有历程的,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。近年来多套试题涉及催化剂的考查,体现了当前高考对催化剂问题的关注。常见考查方式:(1)催化反应机理的图像分析。常见如:循环模型(图1),微观原子模型(图2)等
确定物质的方法:进入机理的箭头为反应物,离开机理的箭头为生成物;生成最终产物的步骤同时生成催化剂,其余为中间产物。
(2)催化剂与反应过程中能量变化、速率变化、平衡移动等方面的关系。
(3)催化剂的选择性,催化效果比较、判断,往往结合图像形式分析。(4)催化原理涉及的反应方程式以及相关实验设计、探究。
(2021·江苏卷,节选)甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
利用铜—铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图1所示。将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图2所示。
(1)Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2,图1所示机理的步骤(ⅰ)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为 。 (2)当催化氧化温度超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是 。
解析:(1)图1所示机理的步骤(ⅰ)中CO结合氧元素转化为二氧化碳,根据Cu、Ce两种元素的核外电子排布式可判断元素Cu、Ce化合价发生的变化为铜的化合价由+2价变为+1价,铈的化合价由+4价变为+3价。(2)由于高温下,Cu(+2价)或Cu(+1价)被H2还原为金属Cu,所以当催化氧化温度超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降。
答案:(1)铜的化合价由+2价变为+1价,铈的化合价由+4价变为+3价(2)高温下,Cu(+2价)或Cu(+1价)被H2还原为金属Cu
(1)写出Cu的价层电子排布式。提示:3d104s1。(2)试解释图2中CO转化率先增大后减小的原因。提示:低于150 ℃时,温度升高,反应速率加快,CO转化率增大,超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降,反应速率减小,CO转化率减小。
①使用xCuO·yCeO2催化剂是否提高了氢气的产率和甲烷的平衡转化率?提示:①使用催化剂,CO转化为CO2,CO浓度减小,有利于两个反应向生成H2的方向进行,提高了氢气的产率和甲烷的平衡转化率。②超过150 ℃,温度升高,CO转化率减小还有什么可能原因?提示:②重整反应的ΔH>0,温度升高,平衡正向移动,CO转化率减小。
B
1.(2022·山东聊城开学考试)据文献报道,某反应的反应历程如图所示。下列有关该历程的说法错误的是( )
2.(不定项)(2022·山东省实验中学三诊)硼氢化钠(NaBH4)在工业生产中应用广泛。它在催化剂作用下与水反应获取氢气的微观过程如图所示。下列说法正确的是( )
CD
高考真题·导向
D
A.无催化剂时,反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时,0～2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
AB
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
解析:由图甲中的信息可知,随c(X)的减小,c(Y)先增大后减小,c(Z)一直增大,因此,反应①的速率随c(X)的减小而减小,反应②的速率先增大后减小,A说法错误;根据体系中发生的反应可知,在Y的浓度达到最大值之前,单位时间内c(X)的减少量等于c(Y)和c(Z)的增加量,因此,v(X)=v(Y)+v(Z),但是,在Y的浓度达到最大值之后,单位时间内c(Z)的增加量等于v(Y)和v(X)的减少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B说法错误;升高温度可以加快反应①的速率,但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的,且反应②的速率随着Y的浓度的增大而增大,因此,欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间,C说法正确;由图乙信息可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D说法正确。
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。
C
D
A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
解析:由题图知,曲线a起始浓度最大,在整个反应过程中浓度一直减小,所以a代表c(X)随t的变化曲线,A说法正确;t1时,三条曲线相交,三种物质的浓度相等,B说法正确;结合题给反应判断,先增加后减小的是c(Y)随t的变化曲线,一直增大的是c(Z)随t的变化曲线,t2时,c(Y)在减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,C说法正确;由题图知,t3后,只有Y和Z,X完全反应,结合反应①②可得出c(Z)=2c0-2c(Y),D说法错误。
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(1)若需控制体系的温度为36 ℃,采取的合理加热方式为 。
解析:(1)若需控制体系的温度为36 ℃,可采取水浴加热使温度均匀平稳。
答案:(1)水浴加热
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
①V1= ,V3= 。
答案:(2)①4.0 6.0
解析:(2)①为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,NH4Cl浓度应不变,根据实验3和4的数据可知溶液总体积为20 mL,故V1为4.0;根据变量单一可知V2为6.0,V3为6.0。
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
②该反应的速率方程为v=k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H+),k为反应速率常数。利用实验数据计算得m= (填整数)。
答案:② 2
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
③醋酸的作用是 。
答案:③加快反应速率
解析:③醋酸在反应前后没变,起催化剂作用,可加快反应速率。
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第七章 化学反应速率与化学平衡第1讲 化学反应速率
必备知识·整合
一、化学反应速率1.化学反应速率
快慢
减小
增大
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m∶n∶p∶q
[理解·辨析] 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增大。( )解析:(1)不能用固体或纯液体物质(不是溶液)表示化学反应速率,因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )解析:(2)不一定,有些反应无明显现象。(3)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快。( )解析:(3)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同,当单位相同时,其数值之比等于化学计量数之比。
×
×
×
(4)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。( )解析:(4)单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大均表示正反应速率,其意义相同。
×
二、影响化学反应速率的因素1.影响化学反应速率的因素(1)主要因素——内因。反应物的组成、结构和性质等,如Na、Mg、Al与酸反应的速率大小关系为 。
Na>Mg>Al
(2)外界因素——外因。
增大
增大
减小
增大
相同
2.理论解释(1)有效碰撞与活化能。
基元
合适的取向
活化能
反应
热
E3
越大
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
增加
不变
增加
增多
不变
增加
增加
降低
[理解·辨析]
(1)升高温度或加入反应物A或B,是否都可以加快反应速率?提示:(1)升高温度可以加快反应速率,若A或B是固体或纯液体,则加入其不会影响反应速率。(2)若A、B、C均为气体,恒温恒容,充入氦气,对反应速率有何影响?提示:(2)
(3)若A、B、C均为气体,恒温恒压,充入氦气,对反应速率又有何影响?
提示:(3)
关键能力·提升
考点一 化学反应速率的计算与比较
化学反应速率的计算
(1)600～1 200 s,用NO2表示的该反应的平均速率v(NO2)= 。
答案:(1)1.0×10-3 mol·L-1·s-1
(2)反应至2 220 s时,反应放出O2的体积为 L(标准状况下)。
答案:(2)1.176
(3)分析上表的变化规律,推测x值为 。
答案:(3)3 930
[归纳总结] 化学反应速率的计算方法(1)根据定义公式直接计算。(2)根据图表计算:找出图表中相应物质的变化量,再根据定义公式计算。(3)运用“三段式法”进行计算(具体步骤如下):①写出有关反应的化学方程式;②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;③根据已知条件列方程式计算。
化学反应速率的比较
D
A.vA=0.15 mol·L-1·min-1B.vB=0.6 mol·L-1·min-1C.vC=0.4 mol·L-1·min-1D.vD=0.01 mol·L-1·s-1
考点二 影响化学反应速率的因素与解释
(2022·辽宁沈阳一二零中学质监)不同条件下,用O2氧化一定浓度的FeCl2溶液过程中所测得的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是( )
B
化学反应速率的影响因素
化学反应历程(或机理)的分析应用
(不定项)(2021·湖南卷)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示:
D
“环式”反应过程图像
(1)该反应的ΔH是多少?过程中的最大能垒是多少?提示:-46.2 kJ·mol-1;86.1 kJ·mol-1。(2)此反应过程中有几种中间体?提示:3种。
提示:未发生断裂。
1.(2022·山东淄博一模)研究CH3I与自由基Cl原子(用Cl*表示)的反应有助于保护臭氧层。已知:Cl*+CH3I反应有4条路径(TS表示过渡态,IM表示中间产物)如图所示。下列说法错误的是( )A.路径①的ΔH>0B.路径②是基元反应C.路径③的速率最快D.路径④的逆反应的活化能最大
解析:路径①中,生成物的总能量大于反应物的总能量,则ΔH>0,A项正确;基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,路径②中存在中间产物,不能一步完成,不属于基元反应,B项错误;活化能越小,反应速率越快,路径③的活化能最小,速率最快,C项正确;活化能是指活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,由图可知,路径④的逆反应的活化能最大,D项正确。
B
2.使用NC环金属化Ir(Ⅲ)配合物催化甲酸脱氢的反应机理如图。下列说法中错误的是( )
D
考点三 控制变量法探究影响化学反应速率的因素
1.(2022·辽宁东北育才高中模拟)某小组同学设计实验探究镁与铵盐溶液的反应,记录如下:
C
[实验内容及记录]
(1)请完成此实验设计,其中:V1= ,V2= 。
解析:(1)实验①②探究浓度对化学反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,即V1=2.0;实验②③探究温度对化学反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,即V2=3.0。
答案:(1)2.0 3.0
[实验内容及记录]
(2)实验①②探究的是 对化学反应速率的影响,根据上表中的实验数据,可以得到的结论是 。
解析:(2)根据表中数据可知实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响,根据表中的实验数据,可以得到的结论是其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,化学反应速率加快(减慢)。
答案:(2)浓度 其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,化学反应速率加快(减慢)
[实验内容及记录]
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验 (填实验编号)。
解析:(3)根据表中数据可知探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验②③。
答案:(3)②③
[实验内容及记录]
(4)利用实验①中的数据,计算用KMnO4表示的化学反应速率为 。
答案:(4)0.01 mol·L-1·min-1
[思维建模] “控制变量法”的解题策略
微专题15 化学反应速率常数及其应用
1.化学反应速率方程和速率常数
(1)速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。
2.速率常数的影响因素速率常数是温度的函数,温度对化学反应速率的影响是显著的,同一反应,温度不同,速率常数将有不同的值,但浓度不影响速率常数。
A
A.0～30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大
(1)k1、k2的大小关系如何?试求算速率常数k1和k2之比。
(2)若两反应皆为可逆反应,试求算达到平衡时两反应的平衡常数K1和K2之比。
提示:选择合适的催化剂。
下列说法不正确的是( )A.m=2,n=1,反应级数为3级B.当c(NO)=0.200 mol·L-1,c(Cl2)=0.300 mol·L-1,v(NO)=0.192 mol·L-1·s-1C.加入催化剂可以改变反应途径,也可以增大速率常数k,而加快反应速率D.升高温度,可以增大反应的活化能Ea,从而使速率常数k增大
D
下列说法正确的是( )A.速率方程中的m=1、n=1B.该反应的速率常数k=2.8×10-3min-1C.增大反应物浓度,k增大导致反应的瞬时速率加快D.在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375 min
D
微专题16 高考新宠——催化剂及催化机理
《普通高中化学课程标准》(2017年版)中与催化剂有关的描述多达19处,多个模块提及,课程标准指出:知道化学反应是有历程的,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。近年来多套试题涉及催化剂的考查,体现了当前高考对催化剂问题的关注。常见考查方式:(1)催化反应机理的图像分析。常见如:循环模型(图1),微观原子模型(图2)等
确定物质的方法:进入机理的箭头为反应物,离开机理的箭头为生成物;生成最终产物的步骤同时生成催化剂,其余为中间产物。
(2)催化剂与反应过程中能量变化、速率变化、平衡移动等方面的关系。
(3)催化剂的选择性,催化效果比较、判断,往往结合图像形式分析。(4)催化原理涉及的反应方程式以及相关实验设计、探究。
(2021·江苏卷,节选)甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
利用铜—铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图1所示。将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图2所示。
(1)Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2,图1所示机理的步骤(ⅰ)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为 。 (2)当催化氧化温度超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是 。
解析:(1)图1所示机理的步骤(ⅰ)中CO结合氧元素转化为二氧化碳,根据Cu、Ce两种元素的核外电子排布式可判断元素Cu、Ce化合价发生的变化为铜的化合价由+2价变为+1价,铈的化合价由+4价变为+3价。(2)由于高温下,Cu(+2价)或Cu(+1价)被H2还原为金属Cu,所以当催化氧化温度超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降。
答案:(1)铜的化合价由+2价变为+1价,铈的化合价由+4价变为+3价(2)高温下,Cu(+2价)或Cu(+1价)被H2还原为金属Cu
(1)写出Cu的价层电子排布式。提示:3d104s1。(2)试解释图2中CO转化率先增大后减小的原因。提示:低于150 ℃时,温度升高,反应速率加快,CO转化率增大,超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降,反应速率减小,CO转化率减小。
①使用xCuO·yCeO2催化剂是否提高了氢气的产率和甲烷的平衡转化率?提示:①使用催化剂,CO转化为CO2,CO浓度减小,有利于两个反应向生成H2的方向进行,提高了氢气的产率和甲烷的平衡转化率。②超过150 ℃,温度升高,CO转化率减小还有什么可能原因?提示:②重整反应的ΔH>0,温度升高,平衡正向移动,CO转化率减小。
B
1.(2022·山东聊城开学考试)据文献报道,某反应的反应历程如图所示。下列有关该历程的说法错误的是( )
2.(不定项)(2022·山东省实验中学三诊)硼氢化钠(NaBH4)在工业生产中应用广泛。它在催化剂作用下与水反应获取氢气的微观过程如图所示。下列说法正确的是( )
CD
高考真题·导向
D
A.无催化剂时,反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时,0～2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
AB
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
解析:由图甲中的信息可知,随c(X)的减小,c(Y)先增大后减小,c(Z)一直增大,因此,反应①的速率随c(X)的减小而减小,反应②的速率先增大后减小,A说法错误;根据体系中发生的反应可知,在Y的浓度达到最大值之前,单位时间内c(X)的减少量等于c(Y)和c(Z)的增加量,因此,v(X)=v(Y)+v(Z),但是,在Y的浓度达到最大值之后,单位时间内c(Z)的增加量等于v(Y)和v(X)的减少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B说法错误;升高温度可以加快反应①的速率,但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的,且反应②的速率随着Y的浓度的增大而增大,因此,欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间,C说法正确;由图乙信息可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D说法正确。
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。
C
D
A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
解析:由题图知,曲线a起始浓度最大,在整个反应过程中浓度一直减小,所以a代表c(X)随t的变化曲线,A说法正确;t1时,三条曲线相交,三种物质的浓度相等,B说法正确;结合题给反应判断,先增加后减小的是c(Y)随t的变化曲线,一直增大的是c(Z)随t的变化曲线,t2时,c(Y)在减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,C说法正确;由题图知,t3后,只有Y和Z,X完全反应,结合反应①②可得出c(Z)=2c0-2c(Y),D说法错误。
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(1)若需控制体系的温度为36 ℃,采取的合理加热方式为 。
解析:(1)若需控制体系的温度为36 ℃,可采取水浴加热使温度均匀平稳。
答案:(1)水浴加热
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
①V1= ,V3= 。
答案:(2)①4.0 6.0
解析:(2)①为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,NH4Cl浓度应不变,根据实验3和4的数据可知溶液总体积为20 mL,故V1为4.0;根据变量单一可知V2为6.0,V3为6.0。
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
②该反应的速率方程为v=k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H+),k为反应速率常数。利用实验数据计算得m= (填整数)。
答案:② 2
实验步骤:往A中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1NaNO2溶液、2.0 mol·L-1NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入 1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值(t)。回答下列问题。(2)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据如下表所示。
③醋酸的作用是 。
答案:③加快反应速率
解析:③醋酸在反应前后没变,起催化剂作用,可加快反应速率。
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