高中化学反应机理与项目化教学案例分析2022年12月

高中化学反应机理与项目化教学案例分析目录

/CONTENTS知识储备学情分析典例分析考情分析ⅠⅡⅣⅢ一、课标要求与分析化学学科五大核心素养宏观辨识与微观探析变化观念与平衡思想证据推理与模型认知科学探究与创新意识科学态度与社会责任课标要求一、课标要求与分析课标要求一、课标要求与分析课标要求一、课标要求与分析学业要求一、课标要求与分析学业要求一、课标要求与分析1学生具有一定的弱电解质、难溶电解质的相关知识，知识迁移能力弱，不会使用所学知识分析陌生物质的性质与转化；学生具有一定的定性分析能力，畏惧定量计算，不能从定量角度认识和理解反应调控pH的原因。2二、学情分析考情分析Ⅰ考情分析01STEP03STEP02STEP04STEP化学课程标准解读命题特点分析命题角度分析历年高考试题统计[内容要求]2.2化学反应速率

知道化学反应速率的表示方法，了解化学反应速率测定的简单方法。通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。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。2.3化学反应的调控

认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。知道催化剂可以改变化学反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。

考情分析《化学课程标准解读》

考情分析《化学课程标准解读》✧能进行化学反应速率的简单计算。能通过实验探

究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响。

能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反

应速率的影响。✧能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速

率的影响规律解释生产、生活、实验室中的简单

实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。✧针对典型案例，能从化学反应的限度、化学反应

速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合

分析。[学业要求]

考情分析命题角度分析

主要考查方向：化学反应历程,催化剂与反应历程的关系、催化剂与活化能的关系、中间产物的判断和反应的选择性等,几乎渗透到了化学学科的各项核心素养。

考情分析

试题常以图像为载体，以陌生的反应历程方程式或示意图为主要信息源,高起点(题目陌生度高,往往用词新颖),低落点(考查的思维简单),从微观视角来考查反应机理，考查点集中在题目信息采集处理、能量、速率、平衡、结构、反应等关键考点。由于形式较新颖,能比较好的考察学生阅读和理解题目信息能力，且考察难度、深度比较容易调控,广度易于辐射到各模块,预计在今后几年的高考中仍会是命题热点。命题特点分析学情分析Ⅱ

学情分析学生存在的问题过渡态和中间体认识不清活化能和能垒概念混淆催化剂催化机理认识不清010203知识储备Ⅲ知识储备化学反应理论模型催化剂如何影响化学反应速率一、化学反应理论模型化学反应理论模型

化学反应理论模型

P25化学反应理论模型

P26

考情分析

P27化学反应原理化学反应理论模型能量变化化学反应限度自发反应化学反应速率化学反应机理研究一个化学反应能否进行，进行到什么程度研究化学反应进行的速率和反应历程(机理)一般△H越小，K越大，△G越小，反应进行的趋势越大化学反应理论模型反应历程

所谓反应历程就是反应物按什么途径，经过哪些步骤，才能转化为最终产物。选择适当的反应途径，可以使热力学由预期转变为现实。又称反应机理。化学反应理论模型①非基元反应基元反应

基元反应基元反应是指反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物的反应（一步完成）。

例如：SO2Cl2→SO2+Cl2

单分子反应.NO2+CO→NO+CO2双分子反应2NO2→2NO+O2双分子反应

化学反应理论模型①基元反应非基元反应

非基元反应的反应机理大多数化学反应都不是基元反应，而是由两个或多个基元步骤完成的复杂反应。化学反应方程式往往表示总反应，它由若干基元反应组成，全部基元反应按一定顺序排列的总和，就成为该反应的反应机理。化学反应理论模型②质量作用定律化学反应速率与反应物的有效质量成正比，其中的有效质量实际是指浓度。近代实验证明，质量作用定律只适用于基元反应，因此该定律可以更严格完整地表述为：Ⅰ.基元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的乘积成正比。如基元反应：aA+bB=cC+dD，其速率方程为：ⱱ=k[A]a[B]b式中ⱱ为反应速率，[A]、[B]分别为反应物A和B的浓度，k称为反应的速率常数。Ⅱ.A、B为固体或纯液体时，不必列入方程中；若为气体时，可用分压代替浓度，但k值不相同。化学反应理论模型②质量作用定律Ⅲ.对于非基元反应，其反应速率取决于反应机理中慢反应的速率。反应：aA+bB=cC+dD，其速率方程式为：ⱱ=k[A]x[B]y,其中x、y是由实验测定的，不能从反应方程式直接知道。v=k•c（N2）•c1.5（H2）•c-1（NH3）化学反应理论模型②质量作用定律（21河北新高考15）、一定条件下，反应H2（g）+Br2（g）═2HBr（g）的速率方程为v＝kcα（H2）cβ（Br2）cγ（HBr），某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如表。根据表中的测定结果，下列结论错误的是（）A．表中c的值为4 B．α、β、γ的值分别为1、2、﹣1 C．反应体系的三种物质中，Br2（g）的浓度对反应速率影响最大

D．在反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr（g）浓度，会使反应速率降低v＝kc1（H2）c1.5（Br2）c-1（HBr）=1AB活化能Ea浓度压强CP温度T催化剂Cat.内因外因活化能越小，反应速率越快浓度越大，反应速率越快温度越高，反应速率越快使用催化剂可以加快反应速率化学反应理论模型③影响化学反应速率的因素化学反应理论模型③影响化学反应速率的因素阿伦尼乌斯公式（Arrheniusequation）A和Ea都是与温度无关的常数温度越高速率常数越大。对不同反应，Ea越大，k随T的变化也大。可以用来解释化学平衡中T变化平衡向那个方向移动化学反应理论模型④一、有效碰撞理论有效碰撞理论与活化能反应物分子或原子间必须相互碰撞才有可能发生反应，但不是每次碰撞都能发生反应，我们把能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件:①是发生碰撞的分子具有较高的能量②是分子在一定的方向上发生碰撞化学反应理论模型④二、活化分子和活化能有效碰撞理论与活化能在化学反应中，能量较高，能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子的平均能量与普通反应物分子的平均能量的差值称为活化能。活化能大小决定反应速率快慢。（内因）活化能越小，反应速率越快。化学反应理论模型④有效碰撞理论与活化能(2020浙江选考）(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图。

Ⅰ 2NO(g)=N2O2(g) ΔH1

Ⅱ N2O2(g)＋O2(g)=2NO2(g) ΔH2

①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。Ⅱ化学反应理论模型⑤过渡态理论过渡态理论即活化络合物理论。过渡态理论认为从反应物到生成物之间形成了势能较高的活化络合物，活化络合物所处的状态叫过渡态。反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成高能量活化络合物的过渡状态，在这个过渡态，反应物部分断键，产物部分成键，活化络合物和反应物(或生成物)间存在能垒，这一能垒被称为正反应（或逆反应）的活化能化学反应理论模型⑤过渡态理论例如：在基元反应：NO2+CO=

NO+CO2的反应中，当具有较高能量的CO和NO2分子彼此以适当的取向相互靠近到一定程度时，电子云便可相互重叠而形成一种活化络合物。在活化络合物中，原有的N—O键部分地断裂，新的C—O键部分地形成，如下图所示能量最高的点化学反应理论模型⑥中间体基元反应只有过渡态，没有活性中间体；而复杂反应既有过渡态，又有活性中间体。活性中间体并非就是过渡态，两者不可混淆。例如氯代叔丁烷的水解反应分二步进行：(CH3)3CCl→(CH3)3C++Cl-(CH3)3C++H2O→(CH3)3COH+H+其间出现两个过渡态、一个中间体正碳离子(CH3)3C+。这两步反应分别经过两个能垒ΔE1和ΔE2，过渡态1和2分别出现于每步的势能顶峰处，而活性中间体处于两峰之间的凹谷处一般有几个过渡态就有几个基元反应中间体：自生自灭化学反应理论模型⑥中间体活性中间体与两个过渡态的结构和性质相近，但不相同。一般来说，中间体很活泼，寿命很短，但比过渡态要稳定。化学反应理论模型⑦能垒能垒E为活化络合物与反应物的零点能之差E（能垒）＝E（过渡态）－E（吸附态或中间体）能垒1能垒2化学反应理论模型能垒与活化能的关系活化能：活化分子的平均能量与普通分子平均能量之差能垒：活化络合物与反应物的零点能之差。两者有以下关系：基元反应：活化能就是能垒。非基元反应：活化能为机理中各基元反应活化能（能垒）的代数和，不再有能垒的含义。

由图可知，对于总反应来说，能垒最高峰所在位置的势能与反应物所在位置的势能之差为该反应的活化能。如右图所示总反应活化能是E0，Ea化学反应理论模型[2018全国卷Ⅰ-28]AC二、催化剂如何影响化学反应速率化学反应理论模型⑧催化反应动力学催化剂：可明显改变反应速率，而本身在反应前后保持数量和化学性质不变的物质称为催化剂。催化剂四能四不能改变反应历程（参与反应）降低活化能增大反应速率缩短到达平衡时间不能改变反应热不能使平衡移动不能改变平衡常数不能改变平衡转化率化学反应理论模型⑧催化反应动力学催化剂催化作用的分类均相催化反应多相催化反应催化剂与反应物同处一相催化剂在反应系统中自处一相化学反应理论模型⑧催化反应动力学均相催化反应如图所示：反应A+B→AB的活化能为E0加入催化剂K后反应分两步进行:①A+K→AK

活化能为E1

（快反应）②AK+B→AB+K

活化能为E2

(慢反应)决速步骤

总反应：活化能为Ea化学反应理论模型⑧催化反应动力学均相催化反应

加入催化剂后，催化剂参与化学反应，两步反应的活化能E1和E2均小于原反应的活化能E0，因此反应速率加快。一般催化剂浓度越大，反应速率越快（2021年重庆17）（1）内酯可以通过有机羧酸异构化制得。某羧酸A在0.2mol/L盐酸中转化为内酯B的反应可表示为A（aq）⇌B（aq），忽略反应前后溶液体积变化。一定温度下，当A的起始浓度为amol/L时，A的转化率随时间的变化如表所示。t/min02136506580100∞A的转化率/%013.320.027.833.340.045.075.0⑤研究发现，其他条件不变时，减小盐酸的浓度，反应速率减慢，但平衡时B的含量不变，原因是

。盐酸是催化剂，催化剂能改变反应速率但不影响化学平衡化学反应理论模型⑧催化反应动力学均相催化反应

练习：已知分解1mol

H2O2放出热量98kJ，在含少量I-的溶液中，H2O2分解的机理为

H2O2+I-→H2O+IO-

ΔH>0慢

H2O2+IO-→H2O+O2+I-

ΔH<0快（1）此机理中催化剂为

，

中间产物为

。

（2）I-的浓度对反应速率是否有影响？（3）画出此反应过程中无催化剂和有

催化剂的能量变化图I-IO-化学反应理论模型⑧催化反应动力学多相催化反应反应物向催化剂表面解离吸附(位点)扩散吸附反应物向催化剂表面扩散表面反应被吸附的反应物在催化剂表面迁移或发生化学重排反应脱附产物由催化剂表面脱附。（让出活性中心）反向扩散产物离开催化剂表面向周围介质扩散化学反应理论模型⑧催化反应动力学多相催化反应催化剂表面的角、裂纹等不连续的地方会发生优先吸附。这些位点的催化活性会比平坦表面的高。这就是“活性中心”（少）。增大催化剂用量或表面积，反应速率加快吸附分物理吸附和和化学吸附，物理吸附是分子间作用力，化学吸附要形成化学键，所以吸附后能量降低，催化剂在过度金属，因为有空的d轨道化学反应理论模型⑧催化反应动力学多相催化反应鲁科版（旧版）选修4催化合成氨反应过程示意图扩散→吸附→表面反应→脱附→反向扩散典例分析Ⅳ

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式（2019年全国卷1）我国学者结合实验与计算机模拟结果研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面的物种用*标注可知水煤气变换的△H_______0填“大于”“等于”或“小于”该历程中最大的能垒（活化能）E正=________ev,写出该步骤的化学方程式_______。

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式简单理解：能垒就像爬坡，正反应能垒就是所有的上坡，也就是能垒全部是正值。最大能垒就是最高的坡。能垒=某过渡态相对能量—中间产物的相对能量（2）水煤气变换的△H_____0（填“大于”，“等于”或“小于”）；（3）该历程中最大的能垒（活化能）E正=________ev，写出该步

骤的化学方程式：___________________________________小于2.02COOH*+H*+H2O*=COOH*+2H*+OH*或H2O*=H*+OH*

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式通览全图细看变化综合分析[思维建模]三步突破能垒图理清坐标含义横坐标一般表示反应的历程,横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段。纵坐标表示能量的变化，不同阶段的最大能垒即该反应的活化能

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式通览全图细看变化综合分析[思维建模]三步突破能垒图分析各段反应仔细观察曲线(或直线)的变化趋势，分析每一阶段发生的反应是什么，各段反应是放热还是吸热，能量升高的为吸热，能量下降的为放热

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式通览全图细看变化综合分析[思维建模]三步突破能垒图做出合理判断综合整合各项信息，回扣题目要求，做出合理判断。如利用盖斯定律将各步反应相加，即得到完整反应;催化剂只改变反应的活化能，但不改变反应的反应热，也不会改变反应的转化率

三种不同的反应机理图循环图式能垒图式直线图式（2018年海南）炭黑是雾霾中重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如右图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是（

）A．每活化一个氧分子吸收0.29eV

的能量B．水可使氧分子活化反应的活化

能降低0.42eVC．氧分子的活化是O—O的断裂

与C—O键的生成过程D．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转

化为三氧化硫的催化剂

CD

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式[2020全国卷I-10].铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是A.CH3COI是反应中间体B.甲醇羰基化反应为：CH3OH+CO=CH3CO2HC.反应过程中Rh的成键数目保持不变D.存在反应CH3OH+HI=CH3I+H2OC

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式2016年全国化学竞赛题第九族元素(Co、Rh、Ir)的一些配合物是上述反应良好的催化剂。以[Rh(CO)2l2]-为催化剂、以碘甲烷为助催化剂合成乙酸(Monsanto法)的示意图如下:

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式[思维建模]

循环图式的解题思路通览全图，找准一“剂”三“物”一“剂”指催化剂催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上三“物”指反应物、生成物、中间物种(或中间体)反应物通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物生成物通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是产物中间体既非反应物又非产物的物种失而复得只进不出只出不进自生自灭

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式[2020全国卷Ⅱ-10].据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。下列叙述错误的是A.OH-参与了该催化循环B.该反应可产生清洁燃料H2C.该反应可消耗温室气体CO2D.该催化循环中Fe的成键数目发生变化C

三种不同的反应机理图能垒图式直线图式循环图式[2018北京卷-8]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。下列说法不正确的是生成CH3COOH总反应的原子

利用率为100%B.CH4→CH3COOH过程中，

有C―H键发生断裂C.①→②放出能量并形成

了C―C键D.该催化剂可有效提高反应

物的平衡转化率D

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式[思维建模]直线图表达了物质在催化剂表面的进出的过程，信息相对单一，关键在自行分析出谁进谁出，找出关联，写清基元反应和总反应，进而明确催化剂和中间产物。

三种不同的反应机理图能垒图式循环图式直线图式

[2019北京卷-9].硫酸盐(含SO42-

、HSO4-)气溶胶是PM2.5的成分之一。近期科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理，其主要过程示意图如图：下列说法不正确的是A.该过程有H2O参与

B.NO2是生成硫酸盐的

氧化剂C.硫酸盐气溶胶呈酸性

D.该过程没有生成硫氧键D高中化学项目化教学《磷酸铁的制备》目录三教学目标及重难点二学情分析四教学环节五板书设计六教学反思一课标要求与分析教学目标1、通过任务驱动，让学生迁移弱电解质的相关知识认识磷酸，巩固弱电解质电离的相关知识；2、通过设计制备磷酸、磷酸铁的任务，使学生应用所学原理知识，意识到对某些化学反应需要进行调控，并从定性分析上升到定量计算，加深对反应pH调控的理解。3、通过解决实际问题，让学生体会化学学科在利用自然资源制备物质方面的功能与价值。三、教学目标及重难点教学重难点定性、定量认识化学反应的调控四、教学环节情境素材磷酸铁，又名磷酸高铁、正磷酸铁，是一种无机化合物，化学式为FePO4，为白色或浅红色结晶性粉末，溶于盐酸、硫酸，不溶于冷水和硝酸。

磷酸铁用于制造磷酸铁锂电池材料，优点是安全性能优异，不足是单位能量密度不高。此外磷酸铁还也可用作催化剂及制造陶瓷；在食品工业中用作营养增补剂（铁质强化剂），特别用于面包，也用可作饲料添加剂。四、教学环节环节一认识磷酸任务1：根据图像，结合磷酸的电离方程式解释曲线含义任务2：根据图像信息，计算H3PO4的Ka1、Ka2、Ka3迁移、应用弱电解质相关知识资料：ⅰ．磷精矿的主要成分是Ca5(PO4)3(OH)ii.任务1：设计从磷精矿制备H3PO4的方案，结合化学反应方程式进行解释说明。

Ca3(PO4)2CaHPO4Ca(H2PO4)2CaSO425°C溶解度(g/L)0.020.136182.6四、教学环节环节二制备磷酸四、教学环节环节二制备磷酸任务2：其他条件不变，相同时间下，采用盐酸法浸取时温度对磷酸产率的影响如左下图所示，解释曲线变化原因。任务3：其它条件相同，硫酸的浓度对磷酸产率的影响如右图所示，解释曲线变化原因。资料：工业使用H3PO4溶液、H2SO4溶液分步浸取磷矿任务4：请结合化学方程式解释为何分步浸取磷矿的浸出率高?第一步：Ca5(PO4)3OH+7H3PO4==

5Ca(H2PO4)2+H2O第二步：Ca(H2PO4)2+H2SO4==CaSO4↓+2H3PO4任务5：加快酸浸效率可以采取哪些措施？认识、学习调控化学反应四、教学环节环节二制备磷酸任务1：以H3PO4和FeSO4为原料设计制备FePO4的方案，写出转化