专题09-反应机理(全国版)-讲义(解析版)

专题09反应机理一、考情分析核心素养证据推理与模型认知变化观念与平衡思想考纲了解活化能的概念，了解催化剂的重要作用了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用考情预测反应机理在近几年高考题中频繁出现，预计在2022年高考中，会以选择和在化学反应原理中图像进行呈现，考查学生知识运用与推理能力。近几年这类题型是高考热点，呈现方式每年都有变化，意对解题模型进行掌握。通过真实问题情境素材增加了试题新颖性，考查学生的迁移运用能力和创新思维。通过从不同版本教材中追根，从历年高考中看变，来提高学生的迁移思维、创新发展能力。反应机理真实情境进行分析，思维转化大，考查考生的迁移运用能力和创新思维，具有一定的难度。故非常有必要从催化剂的特性、催化的机理等角度进行深入的分析，找到解决新情境问题的思维方法。考点分布考点剖析考点1：不断创新演变的反应历程中的能量变化图像1、题在书外，理在书中。通过选编以下教材中的经典图示，让学生理清图示信息，打牢基本知能反应历程与活化能催化剂对反应历程与活化能影响人教版新教材鲁科版新教材苏教版2、变形考查——源于教材高于教材传统高考命题以知识立意为重，前几年的高考对此知识点的考查大多是教材的变形考查2015·北京高考·T92015·海南高考·T162016·海南高考·T113、不断创新——真情境考查真应用核心素养时代，高考命题由知识立意转向素养立意，高考讲究真情境考查真应用2019·全国卷Ⅰ·T282018·海南高考·T122020·天津高考·T104、解题流程——三步突破能量变化能垒图考点2：催化剂的催化反应机理分析1．催化剂具有的三大特征催化剂是通过降低反应活化能，从而改变了反应的途径，此即催化剂加速化学反应的主要原因所在。总结起来，催化剂的特征主要表现在这样几个方面：第一，催化剂可以改变反应速率，但其自身在反应前后的组成、质量和化学性质不变。第二，催化剂不改变化学平衡。即催化剂既能加快正向反应的速率，也能加快逆向反应的速率，从而缩短化学反应达到平衡的时间。第三，催化剂具有特殊的选择性，不同类型的反应，需要选择不同的催化剂。同一种反应物，使用不同的催化剂，可以得到不同的产物。2．认识催化剂的四大误区误区1催化剂不参加化学反应实际上，催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，催化剂的化学性质基本不变。例如在铜催化乙醇生成乙醛的反应中，铜参与反应的原理如下：第一步为2Cu＋O2=2CuO，第二步为CuO＋CH3CH2OH→Cu＋CH3CHO＋H2O，这两步反应方程式的加和为O2＋2CH3CH2OH→CH3CHO＋2H2O。显然催化剂参与了化学反应误区2一种反应只有一种催化剂实际上一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高的，对环境污染小，成本低的催化剂，如双氧水分解的催化剂可以是二氧化锰，也可以是氯化铁，当然还可以硫酸铜等误区3催化剂都是加快化学反应速率实际上，催化剂有正催化剂与负催化剂，正催化剂加快化学反应速率，负催化剂是减慢化学反应速率的误区4催化剂的效率与催化剂的量无关实际上，催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的表面积，催化剂的浓度大小必然影响化学反应速率。比如用酵母催化剂做食品，酵母量大自然面就膨大快。催化剂的用量是会改变催化效率的3．探究催化剂的催化机理从催化剂的组成入手，结合常见化学反应，探究相关催化剂的催化机理。(1)金属单质催化剂金属催化剂是一类重要的工业催化剂，主要包括块状催化剂，分散或者负载型的金属催化剂。几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。乙醇在氧气环境下加热(250℃～350℃)，以金属单质铜作为催化剂，可以收集获得产物乙醛这一反应，其反应方程式如下：2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up11(Cu),\s\do4(△))2CH3CHO＋2H2O在有充足氧气的条件下，由于乙醇结构中α碳上的氢较为活泼，铜(Cu)与氧气(O2)加热条件下得到的弱氧化剂氧化铜(CuO)可以将其转化成醛：(2)酸催化剂酸催化剂催化是指催化剂与反应物分子之间，通过给出质子或接受电子对作用，形成活泼的正碳离子中间化合物(活化的主要方式)，继而分解为产物的催化过程。中学阶段接触最多的酸催化剂是稀硫酸和浓硫酸。乙醇(CH3CH2OH)和乙酸(CH3COOH)在加热的条件下生成乙酸乙酯，反应催化剂是浓硫酸，具体反应方程式为CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up11(H2SO4),\s\do4(△))CH3COOC2H5＋H2O催化剂浓硫酸主要有两方面作用，一方面，浓硫酸质子化羰基，加强了羰基碳的缺电子性，促使乙醇作为亲核试剂进攻，形成四面体过渡态：浓硫酸的另一个作用是具有吸水性，吸收反应中的生成物水，使得反应向正向推进。[思维建模]催化反应机理的分析思维模型【典例剖析】1.（2021·湖北）甲烷单加氧酶(s—mmo)含有双核铁活性中心，是氧化生成的催化剂，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B.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：【答案】C【解析】A.F是26号元素，基态原子的核外电子排布式为，简写为，故A正确；B.步骤③有O一O非极性键的断裂和O一F极性键的形成，故B正确；C.步骤⑥铁的化合价改变是由于外界提供了两个电子，氧的化合价没变，不存在铁和氧元素之间的电子转移，故C错误；D该反应的总反应反应物为氧气和甲烷，生成物为甲醇和水，化学方程式为，故D正确；故选：C。2.（2021·山东）标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为能量变化如图所示。已知为快速平衡，下列说法正确的是()A.反应Ⅱ、Ⅲ为决速步B.反应结束后，溶液中存在C.反应结束后，溶液中存在D.反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变【答案】B【解析】A．一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应I和反应IV的活化能较高，因此反应的决速步为反应I、IV，故A错误；B．反应I为加成反应，而与为快速平衡，反应II的成键和断键方式为或，后者能生成18OH-，因此反应结束后，溶液中存在18OH-，故B正确；C．反应III的成键和断键方式为或，因此反应结束后溶液中不会存在CH318H，故C错误；D．该总反应对应反应物的总能量高于生成物总能量，总反应为放热反应，因此和CH3O-的总能量与和OH-的总能量之差等于图示总反应的焓变，故D错误；综上所述，正确的是B项，故答案为B。3.（2021·浙江）制备苯甲酸甲酯的一种反应机理如图（其中Ph—代表苯基）。下列说法不正确的是（）A.可以用苯甲醛和甲醇为原料制备苯甲酸甲酯B.反应过程涉及氧化反应C.化合物3和4互为同分异构体D.化合物1直接催化反应的进行【答案】D【解析】本题考查反应历程的判断。由题图可知，苯甲醛和甲醇参与催化循环，最终转化为苯甲酸甲酯，A项正确；化合物4被氧化为化合物5，该反应过程发生氧化反应，B项正确；化合物3和4的分子式相同但结构不同，二者互为同分异构体，C项正确；化合物1在NaH作用下形成化合物2，化合物2再参与催化循环，因此化合物1间接催化反应的进行，D项错误。4.（2021·新乡一中高考名师押题卷）中科院大连化物所报道，通过控制光沉积的方法构建型复合材料光催化剂，其中和渗透Nafion膜可协同分别反应，构建了一个人工光合作用体系，其反应机理如图。下列说法错误的是()A.总反应为B.该反应能量转化形式为光能→化学能C.图中a、b分别代表D.反应过程中涉及非极性共价键、极性共价键的断裂和形成【答案】D【解析】选项A，分析题图知，总反应为，A正确。选项B，由“人工光合作用体系”可知，该反应能量转化形式为光能转化为化学能，B正确。选项C，观察图中变化知，b代表，用于氧化，a代表，用于还原，C正确。选项D，反应过程中不涉及非极性共价键的断裂，D错误。5.（2021·广东上学期12月综合能力测试）利用与丙烷反应生成丙烯和水蒸气的反应机理如图所示。下列说法错误的是()A．是还原剂 B．作催化剂C．是反应的中间体 D．增大压强有利于提高的转化率【答案】D【解析】A.中C元素化合价升高，是还原剂，故A正确；B.根据图示，CrO3循环利用，作催化剂，故B正确；C.被还原成，又被氧化为，所以是反应的中间体，故C正确；D.反应，反应前后气体系数和相等，增大压强，平衡不移动，的转化率不变，故D错误6.（2022·太原五中四模）含硫煤燃烧会产生大气污染物，为防治该污染，某工厂设计了新的治污方法，同时可得到化工产品，该工艺流程如图所示，下列叙述不正确的是()A.该过程中可得到化工产品B.该工艺流程的目的是除去煤燃烧时产生的C.该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和SD.图中涉及的反应之一为【答案】C【解析】根据工艺流程图可知，该过程中溶液吸收生成和，反应的化学方程式为，该工艺不仅吸收了二氧化硫，还得到了化工产品硫酸，A、D正确；根据A中分析可知该工艺流程的目的是除去煤燃烧时产生的，B正确；该过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫，C错误。7.（2022·山东泰安十九中高三上学期阶段性监测）多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。如图，我国学者发现T°C时，甲醇在铜基催化剂上的反应机理如下(该反应为可逆反应)：下列有关说法正确的是()A.反应Ⅰ和反应Ⅱ相比，反应Ⅱ更容易发生B.反应ⅠC.通过控制催化剂的用量可以控制反应的速率和反应进行的程度D.与在高温条件下更容易反应【答案】AD【解析】略8.（2021·山东临沂费县高三适应性考试）氯代叔丁烷[(CH3)3C—Cl]的水解反应进程与能量的关系如图所示。下列说法正确的是（）A．氯代叔丁烷水解的正反应活化能大于逆反应活化能B．化学键发生异裂时，可以产生正、负离子C．H2O分子亲核进攻碳正离子时吸收