高考化學(xué)催化劑的反應(yīng)機(jī)理與能壘圖像、速率常數(shù)k與分壓常數(shù)Kp、工業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)平衡圖像分析（2022-2023）

1、催化劑的反應(yīng)機(jī)理與能壘圖像新高考強(qiáng)調(diào)素養(yǎng)為本的情境化命題，高考通過(guò)真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，考查學(xué)生的信息獲取能力和創(chuàng)新思維。近幾年高考常以催化劑的催化反應(yīng)機(jī)理(2021年浙江卷第24題、2021年福建卷第9題等)和能壘圖像(2021年山東卷第14題、2021年湖北卷第12題等)為情境載體進(jìn)行命題。這兩類命題，由于陌生度高，思維轉(zhuǎn)化大，且命題視角在不斷的創(chuàng)新和發(fā)展(如2021年湖南卷第14題)，成為大多數(shù)考生的失分點(diǎn)。所以，很有必要對(duì)這兩類題型進(jìn)行專題指導(dǎo)。答案：D答案：C答案：B答案：C提能點(diǎn)(一)催化劑的反應(yīng)機(jī)理分析1催化劑的“四能”“四不能”催化劑為通過(guò)參與化學(xué)反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，從而降低活化能，

2、加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡所需時(shí)間，但反應(yīng)前后其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。2催化反應(yīng)機(jī)理的圖像分析循環(huán)模型微觀原子模型確定物質(zhì)的方法進(jìn)入機(jī)理的箭頭為反應(yīng)物，離開(kāi)機(jī)理的箭頭為生成物；生成最終產(chǎn)物的步驟同樣生成催化劑，其余為中間產(chǎn)物 典例(2021年8省聯(lián)考湖北卷)最新文獻(xiàn)報(bào)道，有機(jī)小分子可催化多氟芳烴的取代反應(yīng)，機(jī)理如圖所示。答案C 思維建模催化反應(yīng)機(jī)理的分析思維模型答案： C2(2021年8省聯(lián)考湖南卷)據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，某反應(yīng)的反應(yīng)歷程如圖所示：答案：A答案：(1)ABCDE(2)6.4放熱1.912.022.02思維建模三步突破能量變化能壘圖答案：D2Sheth等得出乙炔在Pd表面選擇加氫的反應(yīng)

3、機(jī)理(如圖)。其中吸附在Pd表面上的物種用*標(biāo)注?！熬C合能力評(píng)價(jià)”見(jiàn)“綜合能力評(píng)價(jià)（十七）” (單擊進(jìn)入電子文檔)速率常數(shù)(k)與分壓常數(shù)(Kp)在近兩年全國(guó)各地新高考卷中，經(jīng)常出現(xiàn)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)和壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算問(wèn)題。這類試題的陌生度高，計(jì)算量大，不少學(xué)生感覺(jué)到解題困難?，F(xiàn)重點(diǎn)分析如何解答這類試題，旨在讓學(xué)生學(xué)會(huì)類比遷移知識(shí)，解決陌生情境問(wèn)題。答案：A答案：C實(shí)驗(yàn)編號(hào)起始濃度c/(molL1)生成N2的起始反應(yīng)速率v/(molL1s1)NOH2a6.001031.001033.18103b6.001032.001036.36103c1.001036.001030.53103d3.00

4、1036.001034.77103(1)該反應(yīng)的速率方程為_(kāi)(速率常數(shù)用k表示，不必求出k值)。(2)實(shí)驗(yàn)d測(cè)得體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如表所示。t/min010203040p/kPa3633.83230.430.4答案：(1)vkc(H2)c2(NO)(2)163.532104 模板2：注意利用分壓px求Kp時(shí)，要注意恒容條件下的總壓變化。典例FDaniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25 時(shí)N2O5(g)分解反應(yīng)：其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如表所示t時(shí)，N2O5(g)完全分解：t/min040801602601 3001 700

5、p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1思維建模Kp的一般思路第一步根據(jù)“三段式”法計(jì)算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度第二步計(jì)算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)第三步根據(jù)分壓計(jì)算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓氣體總壓強(qiáng)該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))第四步根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算公式代入計(jì)算(列出計(jì)算式即可，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。工業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)平衡圖像分析在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如何提升原料利用率、降低化學(xué)反應(yīng)條件、提高產(chǎn)物的產(chǎn)率等是化學(xué)工作者研究的重要課題。命題者往往根據(jù)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)、結(jié)合圖像，從分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)

6、率等角度來(lái)命題。此類題目的信息量大，能充分考查學(xué)生讀圖、提取信息、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，此類試題成為高考命題的“新寵”。2(2021山東等級(jí)考)2甲氧基2甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過(guò)甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時(shí)存在如圖反應(yīng)：一、圖像解讀的關(guān)注點(diǎn)和思維趨向1捕捉圖像最基本的信息(1)橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的含義橫坐標(biāo)：通常是t、T、p等(即時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)等)。縱坐標(biāo)：通常是v、c、n、等(即速率、物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量、轉(zhuǎn)化率、體積分?jǐn)?shù)等)。(2)線的走向與斜率線的走向，即隨著橫坐標(biāo)自變量的增大，縱坐標(biāo)因變量是變大、變小、還是不變。當(dāng)縱坐標(biāo)所表示的物理量，如速率

7、、物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量、轉(zhuǎn)化率或體積分?jǐn)?shù)等不隨橫坐標(biāo)的變化而變化時(shí)，圖像中出現(xiàn)一條直線，那么該反應(yīng)就到達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)。斜率，是化學(xué)平衡圖像曲線中一個(gè)重要的參數(shù)。斜率的應(yīng)用，通常是對(duì)兩條不同曲線的斜率進(jìn)行比較，或者通過(guò)比較同一條曲線不同時(shí)刻的斜率變化來(lái)判斷反應(yīng)是改變了哪些外界條件。(3)觀察化學(xué)平衡圖像中的“重點(diǎn)”所謂的“重點(diǎn)”，指的就是化學(xué)平衡圖像中的起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)、交點(diǎn)、突變點(diǎn)等，這些點(diǎn)往往隱藏著許多重要的信息，借助這些“重點(diǎn)”中的有效信息，能夠快速地找到解題的思路，突破圖像題的難點(diǎn)。(4)跟蹤化學(xué)平衡圖像中量的變化量的變化，指的是縱坐標(biāo)表示的物理量所發(fā)生的變化是由什么外界條件改變而引起

8、的。要解決這個(gè)問(wèn)題，我們經(jīng)常要借助化學(xué)平衡移動(dòng)理論。2靈活運(yùn)用解題技巧先拐先平在化學(xué)平衡圖像中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)先達(dá)到平衡，可能是該反應(yīng)的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)大或使用了催化劑定一議二勒夏特列原理只適用于一個(gè)條件的改變，所以圖像中有三個(gè)變量，先固定一個(gè)量，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系二、熟練掌握三類常規(guī)圖像的分析方法類型(一)用先拐先平解決單一變量的平衡圖像1“轉(zhuǎn)化率時(shí)間”四種圖像P一定時(shí)，HpqT一定時(shí)，mnpq，H0mnpq，Hpq，H0mn0續(xù)表2解答這類圖像題時(shí)應(yīng)運(yùn)用“定一議二”原則通過(guò)分析相同溫度下不同壓強(qiáng)時(shí)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率大小來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向，從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物氣體物質(zhì)間

9、的化學(xué)計(jì)量數(shù)的大小關(guān)系。如圖甲中任取一條溫度曲線研究，壓強(qiáng)增大，A的轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，圖丙中任取橫坐標(biāo)一點(diǎn)作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出相同結(jié)論通過(guò)分析相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向，從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng)。如圖丙中任取一條壓強(qiáng)曲線研究，溫度升高，A的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，圖乙中任取橫坐標(biāo)一點(diǎn)作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出相同結(jié)論答案：A類型(三)反應(yīng)過(guò)程中特定組分的含量變化答案：(1)KcKd(3)T3T4區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于CO2的捕獲三、化工生產(chǎn)中的

10、復(fù)雜圖像分析(一)關(guān)注4類?？紙D像往往需要通過(guò)曲線的升降趨勢(shì)或斜率變化來(lái)判斷，如果還未達(dá)到平衡則不能使用平衡移動(dòng)原理，只有達(dá)到平衡以后的點(diǎn)才能應(yīng)用平衡移動(dòng)原理。 關(guān)注點(diǎn)1曲線上的每個(gè)點(diǎn)是否都達(dá)到平衡關(guān)注點(diǎn)2催化劑的活性是否受溫度的影響不同的催化劑因選擇性不同受溫度的影響也會(huì)不同。一般來(lái)說(shuō)，催化劑的活性在一定溫度下最高，低于或高于這個(gè)溫度都會(huì)下降。 如以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。則根據(jù)兩條曲線可以判斷涉及影響反應(yīng)速率的兩個(gè)因素：催化劑和溫度，250300 時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過(guò)250 時(shí)，催化劑的催化效率降低。(二)建立平衡圖像題兩步解題流程第一步：通過(guò)讀圖識(shí)圖獲取有用信息在依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理中反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)知識(shí)解讀圖像的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行如下思考：明標(biāo)在明確橫、縱坐標(biāo)含義的基礎(chǔ)上，用變量的觀點(diǎn)分析坐標(biāo)，找出橫、縱坐標(biāo)的關(guān)系，再聯(lián)想相應(yīng)的已學(xué)化學(xué)知識(shí)找點(diǎn)在找出曲線