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文档简介

化学反应机理分析

1.科研人员提出120°C下CeCh催化合成DMC(碳酸二甲酯)需经历三步反应,

示意图如图。下列说法正确的是()

H

注:表示催化剂

A.甲醇是反应的中间产物

B.改用更高效的催化剂,可提高DMC的平衡产率

C.反应历程①②③中,活化能越高,反应速率越慢

D.向反应体系中加入少量水蒸气,反应物的平衡转化率升高

【解析】选Co由示意图可知,甲醇是反应物,故A错误;催化剂不能使平衡

移动,改用更高效的催化剂,不能提高DMC的平衡产率,故B错误;活化能

越高,反应速率越慢,故C正确;二氧化碳和甲醇在120T下CeCh催化合成碳

酸二甲酯和水,向反应体系中加入少量水蒸气,平衡逆向移动,反应物的平衡

转化率降低,故D错误。

教师

专用

常温常压时烯煌与氢气混合不反应,高温时反应很慢,但在适当的催化剂存在

时与氢气反应生成烷煌,一般认为加氢反应是在催化剂表面进行。反应过程的

示意图如图所示:

乙烯氨化反应能量示意图反应过程

为+H-H-------

金属催化剂表面

烯炫催化加氢示意图

下列说法中正确的是()

A.乙烯和比生成乙烷的反应是吸热反应

B.加入催化剂,可减小反应的热效应

C.催化剂能改变平衡转化率,不能改变化学平衡常数

D.催化加氢过程中金属氢化物的一个氢原子和双键碳原子先结合,得到中间体

【解析】选Do根据图示得该反应是放热反应,A错误;催化剂只会加快反应

速率,不会引起反应热的变化,反应的热效应不变,B错误;催化剂只会加快反

应速率,不能改变平衡转化率,不能改变化学反应的平衡常数,C错误;根据化

学反应的历程:加氢过程中金属氢化物的一个氢原子和双键碳原子先结合,得

到中间体,D正确。

2.我国科研人员研究了在Cu—ZnO—ZrO2催化剂上CCh加氢制甲醇过程中水

的作用机理,其主反应历程如图所示(凡一*H+*H)。下列说法错误的是()

A.该反应过程中,涉及了极性共价键的断裂和生成

B.带*标记的物质是该反应历程中的中间产物

C.第④步的反应式为*HO+*H—H2。

D.Cu—ZnO—ZrCh可提身甲醇的平衡产率

【解析】选DoO=C=O和H—H反应生成CH30H和H—O—H,反应过程中,

有极性共价键的断裂和生成,故A正确;CO2和压反应的最终产物是CH30H

和H2O,所以带*标记的物质是该反应历程中的中间产物,故B正确;根据图示,

第④步的反应式为*HO+*H->H2O,故C正确;Cu—ZnO—ZrO2是催化剂,催化

剂只能加快反应速率,不能使平衡移动,不能提高甲醇的平衡产率,故D错误。

3.“氯化反应”通常指将氯元素引入化合物中的反应。计算机模拟单个乙快分子

和氯化氢分子在催化剂表面的反应历程如图所示。下列说法正确的是()

Z

>.5.HC-CH(g)+HCI(g)+HgCl(s)

FZ2

.0

3L

-.5

XL.0

.5

陶S0

超5

安OL.9

紊■

L5

-Z

-,50

2.

H2C=CHCl(g)+HgC12(s)

A.该反应的热化学方程式为HC=CH(g)+HCl(g)->H2C=CHCl(g)NH二-

2.24x10-24eV-mol'1

B.反应物或产物在催化剂表面进行物理吸附和解吸附

C.该历程中活化能为1.68x10-24eV

D.碳碳三键键能:CH三CH>M1

【解析】选D。题干中“计算机模拟单个乙焕分子和氯化氢分子”,故热化学方程

24

式中-2.24x10-xNAeV-mol-',故A错误;在催化剂表面吸附和解吸附

的过程都是催化剂参与化学反应的过程,不是物理过程,故B错误;由M2-M3

的变化过程可计算出该历程的活化能为2.12xlO-24xNAeV.mol-',故C错误;

Ml为C2H2与HgCL形成的中间体,加入催化剂,降低反应所需活化能,形成

的中间体更易发生加成反应,化学键更易断裂,故Ml中碳碳三键键能比C2H2

中小,故D正确。

蜀【加固训练】

1.如图是某化学反应历程。下列说法错误的是()

CH4CO2

/Mg0\

MgO-CH3%%MgO--C02

ZH^\7^H\

MgO-CH2jTpdYTMgO-COOH

MgO…C<H\、MgO…CO

MgO…C--^MgO-COH

HX)

A.Pd、MgO为该反应的催化剂

B.该过程发生了极性键和非极性键的断裂和形成

C.存在反应MgO...COOH+H=MgO...CO+H2O

D.总反应为4H2+82催型CH4+2H2。

【解析】选B。由图可知反应前后Pd、MgO化学性质均不变,故Pd、MgO为

该反应的催化剂,A正确;该过程发生了极性键和非极性键的断裂,但形成的

化学键仅有极性键,B错误;由图可知存在反应MgO...COOH+H=MgO...CO

+H2O,C正确;根据图中的反应历程可知,通入的是氢气和二氧化碳,生成的

是甲烷和水,D正确。

2.碳量子点是一种新型碳纳米材料,我国化学家研究的一种新型复合光催化剂

[碳量子点/氮化碳(纳米复合物)]可以利用太阳光实现高效分解水,其原理如图所

示。下列说法正确的是()

\I/

sO?

/1\

A.总反应为H2O2催婚^H2+。2

B.水分解过程中,H2O2作催化剂

C.复合光催化剂中两种纳米材料均属于共价化合物

D.若反应II是放热反应,则反应I一定是吸热反应

【解析】选D。总反应为2H2。催颂2H2+O2,故A错误;过程I中,水分解

为氢气和过氧化氢,过程口,过氧化氢再分解为氧气和水,所以过氧化氢是中

间产物,不是催化剂,故B错误;碳纳米材料是碳单质,不是化合物,故C错

误;水分解是吸热反应,在此过程中,水分解分两步进行,若反应n是放热反

应,则反应工一定是吸热反应,故D正确。

4.合成氨是目前最有效工业固氮的方法,解决数亿人口生存问题。科学家研究

利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用

“ad”表示。

反应历程

13

由图可知合成氨反应2N2(g)+2H2(g)-NH3(g)的AH=kJ-mol-'0

该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为0

_13

【解析】根据图示可知,合成氨反应IN2(g)+3H2(g)一NH3(g)的△”二

-46kJ-mol-1;该反应速率最慢的步骤为活化能最大的步骤,结合题图可知,该

步骤的化学方程式为Nad+3Had=NHad+2Had0

答案:-46Nad+3Had=NHad+2Had

5.我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钿基催化剂表面上

甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钿催化剂表面上的物种用‘标注。

甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式:

1

方式A:CH3OH*一CH3O*+H*Ea=+103.1kJ-mol'

1

方式B:CH3OH*-CH;+OH*£b=+249.3kJ-mol'

由活化能E值推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为(填“A”或

“B”)。

下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。

(

-103.10叫।11161,13,9

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