高考化学一轮复习课件微专题17　化学反应机理分析

微专题17

化学反应机理分析高考怎么考

高考考什么

命题角度一

能量反应历程图分析

命题角度二

催化反应机理图分析高考精准练高考怎么考1.[2023•广东卷]催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)⇌P(g)。反应历程(下图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是(

)A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大C

[解析]由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;高考怎么考1.[2023•广东卷]催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)⇌P(g)。反应历程(下图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是(

)A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大C

由图可知Ⅰ的各步反应中最大活化能小于Ⅱ的各步反应中最大活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;由图可知R→M中使用Ⅰ活化能较小,反应速率较快,M→P中使用Ⅰ活化能较大,反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。高考怎么考2.[2022•辽宁卷]利用有机分子模拟生物体内“醛缩酶”催化Diels-Alder反应取得重要进展,荣获2021年诺贝尔化学奖。某Diels-Alder反应催化机理如下,下列说法错误的是(

)A.总反应为加成反应B.Ⅰ和Ⅴ互为同系物C.Ⅵ是反应的催化剂D.化合物X为H2OB

[解析]由催化机理可知,总反应为

+,该反应为加成反应,A正确;结构相似、分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物互为同系物,和

结构不相似、分子组成上也不是相差若干个CH2原子团,两者不互为同系物,B错误;高考怎么考2.[2022•辽宁卷]利用有机分子模拟生物体内“醛缩酶”催化Diels-Alder反应取得重要进展,荣获2021年诺贝尔化学奖。某Diels-Alder反应催化机理如下,下列说法错误的是(

)A.总反应为加成反应B.Ⅰ和Ⅴ互为同系物C.Ⅵ是反应的催化剂D.化合物X为H2OB

由催化机理可知,反应消耗了Ⅵ又生成了Ⅵ,Ⅵ是反应的催化剂,C正确;Ⅰ+Ⅵ→X+Ⅱ,由Ⅰ、Ⅵ、Ⅱ的结构简式可知,X为H2O,D正确。高考怎么考3.(不定选)[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甲和乙所示:下列说法错误的是(

)A.该过程的总反应为HCOOHCO2↑+H2↑B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化D.该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定CD

乙甲高考怎么考[解析]由循环图可知,反应物为HCOOH,生成物为CO2和H2,故A正确。由于HCOOH⇌H++HCOO-,H+与Ⅲ反应生成Ⅳ,H+浓度过小,此反应速率减小;Ⅰ+HCOO-反应生成Ⅱ,H+浓度过大,使得甲酸电离平衡逆移,HCOO-浓度减小,Ⅰ+HCOO-

→Ⅱ的反应速率减小,故B正确。虽然Fe连接的原子数和种类发生了改变,但是配离子的电荷数没变,因此Fe元素的化合价不变,故C错误。乙甲高考怎么考由反应进程图可知Ⅱ→Ⅲ中,Ⅱ到过渡态1的活化能为45.3kJ·mol-1-(-31.8kJ·mol-1)=77.1kJ·mol-1,Ⅳ→Ⅰ中,Ⅳ到过渡态2的活化能为43.5kJ·mol-1-(-42.6kJ·mol-1)=86.1kJ·mol-1,活化能越大,反应速率越慢,总反应速率是由慢反应决定的,即由Ⅳ→Ⅰ步骤决定,故D错误。乙甲命题角度一能量反应历程图分析整合要点·夯实必备高考考什么一、反应历程涉及的相关概念1.基元反应、过渡态理论(1)基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中每一步反应都称为基元反应。

(2)过渡态理论:过渡态理论认为,反应物在相互接近时要经过一个过渡状态,即形成一种活化络合物,然后再转化成产物,这个过渡状态就是活化状态。整合要点·夯实必备高考考什么2.反应历程基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。由几个基元反应组成的总反应也称为复杂反应。反应物直接一步转化为反应产物的反应称为简单反应。3.活化能与能垒(1)活化能: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(碰撞理论)。(2)能垒:过渡态的能量与反应物的平均能量之差(过渡态理论)。[微点拨]基元反应的活化能越大,速率就越慢。最高能垒步骤决定了整个步骤的反应速率,称为“决速步”或“控速步”。整合要点·夯实必备高考考什么二、反应历程与能量图解题策略探究典例·提升能力高考考什么例1[2022•湖南卷改编]反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示:下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(

)A.进程Ⅰ是吸热反应B.平衡时P的产率:Ⅱ>ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ

D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用D

[解析]由图中信息可知,进程Ⅰ中S的总能量大于产物P的总能量,因此进程Ⅰ是放热反应,A不正确;进程Ⅱ中使用了催化剂X,但是催化剂不能改变平衡产率,因此在Ⅰ、Ⅱ两个进程中,平衡时P的产率相同,B不正确;探究典例·提升能力高考考什么例1[2022•湖南卷改编]反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示:下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(

)A.进程Ⅰ是吸热反应B.平衡时P的产率:Ⅱ>ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ

D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用D

由图可知,进程Ⅲ中由S·Y转化为P·Y的活化能高于进程Ⅱ中由S·X转化为P·X的活化能,由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤,因此生成P的速率为Ⅲ<Ⅱ,C不正确;由图中信息可知,进程Ⅳ中S与Z生成S·Z,然后S·Z转化为产物P·Z,由于P·Z没有转化为P+Z,因此Z是该过程的反应物,没有表现出催化作用,D正确。探究典例·提升能力高考考什么【思维过程】

迁移应用

[2023•河北张家口模拟]某院士研究团队通过使用光催化剂,在电、光催化电池中催化获得多氟芳烃,尤其是部分惰性氟化芳烃的C—F芳基化,其反应机理如图所示(TEMPO+为催化剂助剂)。下列说法正确的是(

)A.先加催化剂助剂不能降低反应的焓变,后加入催化剂助剂可降低反应的焓变B.该反应中有副产物HF生成,HF与HCl一样属于强电解质C.对于路径3来说,该反应的决速步骤的活化能为14.9kcal·mol-1D.升高温度有利于加快反应速率和增大生成物的产率C探究典例·提升能力高考考什么[解析]图中峰值越大则活化能越大,峰值越小则活化能越小,决定总反应速率的是慢反应,活化能越大反应越慢。催化剂改变反应速率,不能改变反应的焓变,A错误;强电解质是指在水溶液中能够完全电离的化合物,即溶于水的部分可以完全变成阴阳离子的化合物,一般是强酸、强碱和大部分盐类,HF为弱酸,属于弱电解质,B错误;探究典例·提升能力高考考什么决定总反应速率的是慢反应,活化能越大反应越慢,由图可知,对于路径3来说,活化能最大的为Ⅴ→Ⅵ步骤,活化能为14.9kcal·mol-1,C正确;图中起始和终态能量均为反应物之一和生成物之一的能量,无法判断是吸热反应还是放热反应,升温平衡移动方向未知,不能判断是否有利于增大生成物产率,D错误。探究典例·提升能力高考考什么命题角度二催化反应机理图分析整合要点·夯实必备高考考什么1.催化剂的催化机理及反应过程(1)机理:催化剂的催化过程一般是催化剂跟其中的一种反应物首先发生反应,生成过渡态物质,然后再跟另外的反应物反应,生成产物,同时催化剂重新生成,从而改变了其反应历程。催化剂参与化学反应,生成能量更低的中间产物,降低了达到过渡态所需要的活化能,使反应易于发生,速率加快。即催化剂改变反应途径,降低反应的活化能。整合要点·夯实必备高考考什么(2)一般过程(简化的过程):①反应物扩散到催化剂表面;②反应物被吸附在催化剂表面;③被吸附的反应物发生化学反应生成产物;④产物的解吸。整合要点·夯实必备高考考什么2.催化反应机理图的分析思路(1)通览全图,找准一“剂”三“物”一“剂”催化剂催化剂一般是在反应起点就加入的,在机理图中多数是以完整的循环出现的,以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上失而复得三“物”反应物通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物只进不出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只出不进中间物种(或中间体)反应后生成的,在机理图中通过一个箭头脱离,但又通过一个箭头进入的是中间体,通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体,中间体有时在反应历程中用“[

]”标出“自生自灭”整合要点·夯实必备高考考什么(2)示例探究典例·提升能力高考考什么例2[2022•山东卷]在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(

)A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少D[解析]根据反应机理的图示知,含N分子发生的反应有NO+·OOH=NO2+·OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+·C3H7

=C3H6+HONO、HONO=NO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价,上述反应中均有元素化合价的升降,都为氧化还原反应,一定有电子转移,A项正确;探究典例·提升能力高考考什么例2[2022•山东卷]在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(

)A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少D根据图示,由NO生成HONO的反应历程有2种,B项正确;NO是催化剂,增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变,C项正确;无论反应历程如何,在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O2

2C3H6+2H2O,当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变,D项错误。探究典例·提升能力高考考什么【思维过程】

结合该反应机理图进行分析,关注微粒变化的过程和途径,确定反应物、催化剂、中间体和产物:中间体:先出后进,如·C3H7、HONO等该反应的总反应为2C3H8+O2

2C3H6+2H2O迁移应用[2021•湖北卷]甲烷单加氧酶(s-mmo)含有双核铁活性中心,是O2氧化CH4生成CH3OH的催化剂,反应过程如图所示。]下列叙述错误的是(

)A.基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2B.步骤③有非极性键的断裂和极性键的形成C.每一步骤都存在铁和氧元素之间的电子转移D.图中的总过程可表示为CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2OC探究典例·提升能力高考考什么[解析]基态Fe原子核外有26个电子,其核外电子排布式为[Ar]3d64s2,A项正确;步骤③中断裂非极性键O—O,形成极性键O—Fe(Ⅳ),B项正确;迁移应用[2021•湖北卷]甲烷单加氧酶(s-mmo)含有双核铁活性中心,是O2氧化CH4生成CH3OH的催化剂,反应过程如图所示。]下列叙述错误的是(

)A.基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2B.步骤③有非极性键的断裂和极性键的形成C.每一步骤都存在铁和氧元素之间的电子转移D.图中的总过程可表示为CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2OC探究典例·提升能力高考考什么步骤④中Fe、C元素化合价发生变化,电子转移发生在Fe和C元素之间,C项错误;根据图示,总过程的反应为CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2O,D项正确。1.[2023•浙江1月选考]标准状态下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0],下列说法不正确的是(

)A.E6-E3=E5-E2B.可计算Cl—Cl键能为2(E2-E3)kJ·mol-1C.相同条件下,O3的平衡转化率:历程Ⅱ>历程ⅠD.历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为ClO(g)+O(g)=O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)kJ·mol-1C

高考精准练[解析]历程Ⅰ是O3和O生成O2,历程Ⅱ是O3和O在Cl为催化剂条件下生成O2,催化剂的使用并不能改变ΔH,A项正确;两个历程中反应物能量相差(E2-E3)kJ·mol-1,已知Cl2(g)的相对能量为0,则1molCl—Cl键能为2(E2-E3)kJ·mol-1,B项正确;1.[2023•浙江1月选考]标准状态下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0],下列说法不正确的是(

)A.E6-E3=E5-E2B.可计算Cl—Cl键能为2(E2-E3)kJ·mol-1C.相同条件下,O3的平衡转化率:历程Ⅱ>历程ⅠD.历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为ClO(g)+O(g)=O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)kJ·mol-1C

高考精准练催化剂的使用不能改变反应的平衡转化率,C项错误;反应速率最快的一步反应,即活化能最小的一步反应,结合图像可知为历程Ⅱ的第2步,D项正确。2.[2023•新课标全国卷]“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心,可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2),其反应历程如下所示。下列说法错误的是(

)A.NH2OH、NH3和H2O均为极性分子B.反应涉及N—H、N—O键断裂和N—N键生成C.催化中心的Fe2+被氧化为Fe3+,后又被还原为Fe2+D.将NH2OH替换为ND2OD,反应可得ND2ND2D高考精准练[解析]NH2OH、NH3和H2O的中心原子均采取sp3杂化,正电中心和负电中心均不重合,均为极性分子,故A项正确;反应第2步涉及N—O键断裂,反应第3步涉及N—H键断裂,反应第4步涉及N—N键生成,故B项正确;催化中心的Fe2+先失去电子被氧化为Fe3+,后面又得到电子被还原为Fe2+,故C项正确;由图像可知,1个NH2NH2中有两个氢原子来自NH3,有两个氢原子来自NH2OH,将NH2OH替换为ND2OD,反应得到ND2NH2和HDO,故D项错误。高考精准练

高考精准练B高考精准练[解析]Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后,[L-Ru-NH3]2+中的Ru带有更多的正电荷,其与N原子成键后,Ru吸引电子的能力比Ru(Ⅱ)中强,这种作用使得配体NH3中N—H的极性变强,更容易断裂,因此配体NH3失去质子(H+)的能力增强,A正确;[L-Ru-NH3]+中的Ru为+2价,当其变为[L-Ru-NH3]2+后,Ru为+3价,2个[L-Ru-NH3]2+失去2