2023年高考化學二輪復習《反應(yīng)速率、活化能和催化機理》

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,二級,三級,四級,五級,2023/1/6 Friday,#,2023,屆高考化學二輪復習,反應(yīng)速率、活化能和催化機理,（動力學）,資料：,N,2,(g)+3H,2,(g) 2NH,3,(g),K,(298K),= 5.8,10,5,r,G,m,(298K),= -32.8kJmol,-1,CO(g)+NO(g) CO,2,(g),1/2N,2,(g),K,(298K),= 2.5,10,60,r,G,m,(298K),= -344.8kJmol,-1,H,2,(g)+,1/2O,2,(g),H,2,O(g),r,G,m,(298K),= -2

2、28.59kJmol,-1,三個角度認知速率,燃料電池,H,2,在,O,2,中的燃燒,H,2,和,O,2,可以共存嗎？,氫氧燃料電池,三個角度認知速率,燃料電池,能溶解氣體的金屬：鈀和鉑,銀白色的鈀(Palladium)和鉑(Platinum),它們的化學性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易被氧化，然而它們卻是抓氣體的“能手”。據(jù)試驗，,在常溫下鈀片能吸收比它體積大700倍的氫氣,。鈀不僅能吸收氫氣，還能吸收氧氣、氮氣、乙烯等許多氣體。粉末狀的鉑在常溫下溶解氫氣的能力雖然比鈀差一些，但是溶解氧氣的能力卻比鈀強。X射線研究表明，當氫氣溶解到鈀中以后，鈀的晶格就脹大了，當鈀中的氫氣濃度大到某一程度,鈀的晶格會轉(zhuǎn)

3、變成另一種更疏松的形式，可見鈀的這種性質(zhì)與它的結(jié)構(gòu)是有關(guān)的。,根據(jù)鈀和鉑的這一奇妙的性質(zhì)，它們在化學工業(yè)上常用作催化劑。例如，在鈀的催化下，液態(tài)的油脂可以加氫變成固態(tài);在鉑粉的催化下，常溫時氫、氧就會爆炸發(fā)生化合。目前，雖然還沒有徹底弄清鈀和鉑的催化原理，但是，人們認為這與它們能大量溶解氣體的性質(zhì)有關(guān)。因為大量溶解了氣體,等于把氣體濃縮了，這樣就增加了氣體分子相互發(fā)生碰撞進行反應(yīng)的機會。,三個角度認知速率,燃料電池,自由基：活性強，壽命短！,若無催化劑存在，體系中沒有引發(fā)反應(yīng)的,H,，該反應(yīng)則慢得測不出其速率。,溫度,700,，氫氣在,催化劑,的催化作用下生成,H,，而一個,H,通過與其他分子

4、反應(yīng)，在,0.3s,內(nèi)就可以產(chǎn)生,10,15,個,H,三個角度認知速率,速率方程,特別說明：,速率方程是由,實驗數(shù)據(jù)測定,的結(jié)果，與化學方程式無確定的關(guān)系,v,=,k,c,(H,2,O,2,),c,(HI),式中比例系數(shù),k,為反應(yīng)速率常數(shù),與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。通常,k,越大,反應(yīng)進行得越快。,瑞典物理化學家,1859年1927年,三個角度認知速率,速率方程,放熱反應(yīng)為例,溫度對吸熱方向影響大！,升高溫度：反應(yīng)向吸熱方向進行,降低溫度：反應(yīng)向放熱方向進行,三個角度認知速率,速率方程,催化劑和溫度時改變速率的主要因素,非基元反應(yīng)中，活化能大的步驟為絕速步驟！,

5、在電解質(zhì)水溶液中，三種不同催化劑,(a,、,b,、,c),上,CO,2,電還原為,CO,的反應(yīng)進程中,(H,+,被還原為,H,2,的反應(yīng)可同時發(fā)生,),，相對能量變化如圖,.,由此判斷，,CO,2,電還原為,CO,從易到難的順序為,_(,用,a,、,b,、,c,字母排序,),。,2022,河北高考,三個角度認知速率,速率的影響因素,三個角度認知速率,速率的影響因素,反應(yīng)中催化劑話性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：,2021,年全國,II,卷,積碳反應(yīng)CH,4,(g)= C(s)+2H,2,(g),消碳反應(yīng)CO,2,(g)+ C(s)= 2CO(g),H,/

6、(kJmol,1,),75,172,活化能/(kJmol,1,),催化劑X,33,91,催化劑Y,43,72,由上表判斷，催化劑,X_Y,（填,“,優(yōu)于,”,或,“,劣于,”,），理由是,_,_,_,。,在反應(yīng)進料氣組成、壓強及反應(yīng)時同相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（,K,）和速率（,v,）的敘述正確的是,_,填標號）,A,K,積,、,K,消,均增加,B,v,積,減小，,v,消,增加,C,K,積,減小，,K,消,增加,D,v,消,增加的倍數(shù)比,v,積,增加的倍數(shù)大,催化劑,Y,積碳反應(yīng)活化能大，反應(yīng)速率??；,而消碳反

7、應(yīng)的活化能較小，反應(yīng)速率快。,AD,2021,年全國,II,卷,在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方,v,=,k,p,(CH,4,),（,k,為速率常數(shù)）。在,p,(CH,4,),一定時，不同,p,(CO,2,),下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則,p,a,(CO,2,),、,p,b,(CO,2,),、,p,c,(CO,2,),從大到小的順序為,_,。,p,c,(CO,2,),、,p,b,(CO,2,),、,p,a,(CO,2,),真實情境,多樣速率方程,真實情境,多樣速率方程,（3）在溫度為,T,2,時，通入氣體分壓比為,p(C,3,H,8,),：,p(O,2,),：,p(N,2

8、,)=10,：,5,：,85,的混合氣體，各組分氣體的分壓隨時間的變化關(guān)系如圖,b,所示。,0,1.2s,生成,C,3,H,6,的平均速率為,_kPas,-1,；在反應(yīng)一段時間后，,C,3,H,8,和,O,2,的消耗速率比小于,21,的原因為,_,。,（4）恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為,p(C,3,H,8,),：,p(O,2,),：,p(N,2,)=2,：,13,：,85,的混合氣體，已知某反應(yīng)條件下,只發(fā)生如下反應(yīng),(k,，,k,為速率常數(shù),),：,反應(yīng)：,2C,3,H,8,(g)+O,2,(g)=2C,3,H,6,(g)+2H,2,O(g) k,反應(yīng)：,2C,3,H,6,(g)+9O

9、,2,(g)=6CO,2,(g)+6H,2,O(g) k,實驗測得丙烯的,凈生成速率,方程為,v(C,3,H,6,)=kp(C,3,H,8,)-kp(C,3,H,6,),，,可推測丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為,_,，,其理由是,_,。,丙烯是一種重要的化工原料，可以在催化劑作用下，由丙烷直接脫氫,或,氧化脫氫制備。,反應(yīng),(,直接脫氫,),：,C,3,H,8,(g)=C,3,H,6,(g)+H,2,(g) H,1,=+125kJmo1,-1,反應(yīng),(,氧化脫氫,),：,C,3,H,8,(g)+1/2 O,2,(g)=C,3,H,6,(g)+H,2,O(g) H,2,=-118kJmo1,-1,

10、（,2022,湖北高考真題）,氫氣和丙烯都消耗氧氣,反應(yīng)初期主要發(fā)生反應(yīng),II,，,p(C,3,H,8,),逐漸減小，,p(C,3,H,6,),逐漸增大，主要發(fā)生反應(yīng),III,，消耗為主，,c(C,3,H,6,),逐漸減小,(4),研究表明，,SO,2,催化氧化的反應(yīng)速率方程為：,。式中：,k,為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度,t,升高而增大,；,為,SO,2,平衡轉(zhuǎn)化率，,為某時刻,SO,2,轉(zhuǎn)化率，,n,為常數(shù)。在,=0.90,時，將一系列溫度下的,k,、,值代入上述速率方程，得到,vt,曲線，如圖所示。,曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該下反應(yīng)的最適宜溫度tm。,ttm后，v逐漸下降。原因是_。,20

11、20,新課標,I,卷,真實情境,多樣速率方程,升高溫度，,k,增大使逐漸提高，但是反應(yīng),H,0,，升高溫度平衡逆移，平衡轉(zhuǎn)化率下降即,a,值減小，速率減慢。當,t,tm,時，溫度對,k,影響是主要因素；當,t,tm,時，溫度對平衡轉(zhuǎn)化率的影響是主要因素。,(2),高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：,2CH,4,C,2,H,6,+H,2,。反應(yīng)在,初期階段,的速率方程為：,r,=,k,，,其中,k,為反應(yīng)速率常數(shù)。,設(shè)反應(yīng)開始時的反應(yīng)速率為,r,1,，甲烷的轉(zhuǎn)化率為,時的反應(yīng)速率為,r,2,，則,r,2,=_,r,1,。,對于處于,初期,階段的該反應(yīng)，下列說法正確的是,_,。,A,增加甲烷濃度，,

12、r,增大,B,增加,H,2,濃度，,r,增大,C,乙烷的生成速率逐漸增大,D,降低反應(yīng)溫度，,k,減小,真實情境,多樣速率方程,2CH,4,C,2,H,6,+H,2,1-a,AD,真實情境,速率方程,對于反應(yīng),2SiHCl,3(g),SiH,2,Cl,2(g),+SiCl,4(g),，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在,323 K,和,343 K,時,SiHCl,3,的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。,大于,1.3,魯科版,P79,頁：從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量之比為,1:3,的平衡轉(zhuǎn)化率最高。根據(jù)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度關(guān)系式分析，提高氫氣的壓強似乎更有利于提高合

13、成氨反應(yīng)的速率，但是，氮氣在催化劑上的吸附分解為總反應(yīng)中最慢的步驟，即這是影響反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。實驗表明，適當提高氮氣的比例，使氮氣和氫氣的物質(zhì)的量之比為,1:2.8,時更能加快合成氨反應(yīng)的進行。因此，選擇合成氨生產(chǎn)的條件時，既不應(yīng)片面地追求轉(zhuǎn)化率，也不應(yīng)只追求高反應(yīng)速率，而應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲取適當轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價格、未轉(zhuǎn)化的合成氣（氮氣和氫氣）的循環(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問題。,工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器,催化劑（提速）,工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器,催化劑（提速）,催,化,合,成,氨,歷,程,圖,異相催化五個環(huán)節(jié)：擴散,吸附,表面反應(yīng),脫附,擴散,問題,1,：,N,2,

14、:H,2,=,1 : 2.8,，,氮氣過量的原因分析？,熱力學原因：原料氣中,N,2,容易獲得，適度過量有利于提高,H,2,轉(zhuǎn)化率,動力學原因：,N,2,在催化劑表面吸附是決速步驟，合理占據(jù)活性位點有利于提高整體反應(yīng)速率。,問題,2,：,NH,3,濃度過大，為何反應(yīng)速率減慢？,熱力學原因：濃度大，分壓強；不利于反應(yīng)正向進行。,動力學原因：濃度大，不利于脫附和擴散，占據(jù)過多活性位點阻礙反應(yīng)進行。,利用,NH,3,分子間氫鍵，可將其液化，從體系中不斷的分離出去。,問題,3,：,為什么在周期表的過渡金屬元素中尋找催化劑？,物理吸附（分子間作用力）,化學吸附（化學鍵,催化劑表面活性中心與反應(yīng)物分子）,

15、工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器,催化劑（提速）,2022,原料氣中,N,2,的相對易得，適度過量有利于提高,H,2,的轉(zhuǎn)化率；,N,2,在,Fe,催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率。,工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器,催化劑（提速）,工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器,催化劑（提速,+,選擇性）,流速,=,流量速度,氫氣流速過低氫氣供給不足，二氧化碳轉(zhuǎn)化率低，甲烷選擇性差，不利于甲烷化反應(yīng)；氫氣流速過高，導致氫氣停留的時間過段，與催化劑接觸不充分，導致催化效果不佳，轉(zhuǎn)化率和選擇性降低。,最高點是否為平衡態(tài)？,抓主要矛盾，解決速率與平衡的,“,拋物線問題,”,最高點代表了什么含義？,生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡,碳酸

16、鈣與鹽酸的反應(yīng),生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡,改編自 20,22,年天津卷6 題,（1）反應(yīng)在 c 點是否達到平衡狀態(tài)？,（2）反應(yīng)物濃度：a 點,b 點,（3）反應(yīng)物的總能量,生成物的總能量,抓主要矛盾，解決速率與平衡的,“,拋物線問題,”,不是,大于,大于,抓主要矛盾，解決速率與平衡的,“,拋物線問題,”,生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡,20,22,年 江 蘇 卷20 題 (4) 問,生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡,（1）AE 五點中，尚未達到化學平衡狀態(tài)的點是,。,（2）此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是,反應(yīng),（3）AC 段的曲線是增函數(shù)，CE 段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率,和,平衡角度,說明理由。,生產(chǎn)效率

17、：速率與平衡的權(quán)衡,探究 CH,3,OH 合成反應(yīng)化學平衡的影響因素，有利于提高 CH,3,OH 的產(chǎn)率。以 CO,2,、H,2,為原料合成 CH,3,OH 涉及的主要反應(yīng)如下：,202,2,年山東新高考卷，18 題（3）,不 同 壓 強 下， 按 照 n（CO,2,）:n（H,2,）=1:3 投 料， 實 驗 測 定 CO,2,的平衡轉(zhuǎn)化率和CH,3,OH 的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。,其中縱坐標表示 CO,2,平衡轉(zhuǎn)化率的是圖,（填“甲”或“,乙,”）；壓強 p1、p2、 p3 由大到小的順序為 ；,圖乙中 T1 溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是,。,溫度較低時，主要發(fā)生反應(yīng),

18、I,和,II,，溫度較高時主要發(fā)生反應(yīng),III,，且,III,為等體積反應(yīng)，壓強不影響平衡,高考題如何實現(xiàn)碳中和,探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇,利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇，還需要尋找氫源。如果選取常見的氫氣或水作為氫源，可能設(shè)計出以下兩個反應(yīng)。你認為哪個反應(yīng)更適宜于甲醇的工業(yè)生產(chǎn)?請說明理由。,首先干什么？,注:1)反應(yīng)溫度為298K，各氣體分壓為100kPa。在相同溫度下，當氣體混合物中的某一組分占據(jù)與該氣體混合物相同的體積時，所形成的壓強為該組分的分壓。,2)假設(shè)反應(yīng)的焓變和熵變不隨溫度的改變而變化。,高考題如何實現(xiàn)碳中和,方程式理論可行之后，做什么？,某觀點：,理論上反

19、應(yīng)物濃度越大、總壓越高、溫度越低，越有利于平衡正向移動。因此，應(yīng)盡可能增大反應(yīng)物濃度，并在低溫、高壓條件下進行反應(yīng)。反應(yīng)物中氫氣較難獲得，因此最好增大二氧化碳的濃度；高壓對設(shè)備要求比較高，還存在安全問題，在實際生產(chǎn)中壓強不宜太高。,某觀點：,工業(yè)廢氣中二氧化碳的濃度是有一個大致固定范圍的。增大氫氣的濃度對提高產(chǎn)率是比較有效的。低溫確實有利于限度，但是速率的減慢也會影響反應(yīng)的效率。,理論過后，開始實踐,【不同反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比，對轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的影響】,二氧化碳轉(zhuǎn)化率,甲醇產(chǎn)率,高考題如何實現(xiàn)碳中和,確定合理進料比之后做什么？,【選擇和優(yōu)化反應(yīng)熱力學條件】,高考題如何實現(xiàn)碳中和,最后研究選擇合適的催化劑,提速,+,選擇性,二輪復習建議,多講命題者的,設(shè)問邏輯,，少講必須按照“標準答案”,多講試題信息的,提取方式,，少講“快速閱讀”;,多講問題之間的,內(nèi)在關(guān)聯(lián),，少講單個點問題;,多講試題中蘊含的,學科本質(zhì)(原理),，少講所謂的“技巧”;,多講如何切入命題人“,核心指向,”，少講“套路”和“規(guī)律”,THANKS,