2021-2022年高考化學(xué)復(fù)習(xí)《催化劑、活化能、反應(yīng)機理》課件

高頻考點催化劑、活化能、反應(yīng)機理高頻考點12021年熱門考點基于真實情境，考查學(xué)生綜合運用知識的能力，與化工生產(chǎn)關(guān)系密切的催化劑，主要從反應(yīng)歷程、活化能、速率、平衡移動等，考查催化劑對反應(yīng)的影響。從試題形式上看，常常融合圖像、表格等信息呈現(xiàn)形式，考查學(xué)生吸收和整合陌生信息的能力。2021年熱門考點2催化劑如何影響化學(xué)反應(yīng)？例如：Cu催化乙醇的氧化反應(yīng)：2Cu+O2=^=2CuO；CH3CH2OH+CuO=^=CH3CHO+Cu+H2O催化劑Cu先參與反應(yīng)后又重新生成，它經(jīng)歷了Cu-CuO-Cu的變化歷程。01.催化劑與反應(yīng)歷程［例1］用NaCIO3、H2O2

和稀硫酸制備CIO2

，反應(yīng)開始時加入少量鹽酸，CIO2

的生成速率大大提高(

CI-

對反應(yīng)有催化作用)。該過程可能經(jīng)兩步反應(yīng)完成，將其補充完整：①____________________（用離子方程式表示）；②H2O2+CI2=2CI—+O2+2H+解析：第②步中CI2

生成CI—,可知催化制CI—

的變化歷程是:CI—___CI2

—CI—,即CI—

在第①步中變成CI2

由題給信息及氧化還原知識可知，氧化劑是CIO3—,且CIO3—反應(yīng)后生成CIO2

,

離子方程式：2CIO3—+2CI—+4H+=2CIO2+CI2+2H2O催化劑如何影響化學(xué)反應(yīng)？例如：Cu催化乙醇的氧化反應(yīng)：3例2.在Cu/ZnO催化劑存在下，C02

和H2可發(fā)生兩個平行反應(yīng)：

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)=^=CH3OH(g)+H2O(g)；

Ⅱ.CO2(g)+H2(g)=^=CO(g)+H2O(g)某實驗室控制C02

和H2

初始投料比為1:

2.2,在相同壓強下，

經(jīng)過相同時間測得實驗數(shù)據(jù)如下表所示。在圖中分別畫出反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下"反應(yīng)過程一能量"示意圖02.催化劑與活化能、焓變催化劑通過降低反應(yīng)的活化能，從而加快反應(yīng)速率。催化劑的性能越好，反應(yīng)的活化能越低。反應(yīng)過程例2.在Cu/ZnO催化劑存在下，C02和H4解析.據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以算出生成CH3OH的CO2

占全部C02

的百分比。543K,Cat.1作用下是：12.3%x42.3%=5.20%,Cat.2作用下是：10.9%x72.7%=7.92%。

所以Cat.2的催化選擇性要好于

Cat.1,

即在Cat.2的作用下反應(yīng)的活化能低。反應(yīng)過程能量02.催化劑與活化能、焓變

歸納小結(jié)：作圖注意：催化劑不能改變反應(yīng)物、生成物的總能量、焓變，

所以曲線的起點、終點應(yīng)相同。解析.據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以算出生成CH3OH的CO25例3（2019全國I卷28）（3）我國學(xué)者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用小黑點標(biāo)注。02.催化劑與活化能、焓變可知水煤氣變換的ΔH__0（填“大于”“等于”或“小于”），該歷程中最大能壘（活化能）E正=__eV，寫出該步驟的化學(xué)方程式__________。例3（2019全國I卷28）（3）我國學(xué)者結(jié)合實驗與計算機模6

(1)根據(jù)水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]并結(jié)合水煤氣變換的反應(yīng)歷程相對能量可知，CO(g)+H2O(g)的能量（-0.32eV）高于CO2(g)+H2(g)的能量（-0.83eV），故水煤氣變換的ΔH小于0；

（2）活化能即反應(yīng)物狀態(tài)達(dá)到活化狀態(tài)所需能量。根據(jù)變換歷程的相對能量可知，最大差值為：其最大能壘（活化能）E正=1.86-(-0.16)eV=2.02eV；該步驟的反應(yīng)物為：COOH*+H*+H2O*＝COOH*+2H*+OH*；因反應(yīng)前后COOH*和1個H*未發(fā)生改變，也可以表述成：H2O*＝H*+OH*；02.催化劑與活化能、焓變(1)根據(jù)水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)=CO7例4.密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2N0(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H<0。

研究表明:在使用等質(zhì)量同種催化劑時，增大催化劑比表面積可提高

反應(yīng)速率。

某同學(xué)設(shè)計了下表所示的三組實驗。

請在圖中畫出三個實驗中，NO隨時間變化的趨勢曲線，并標(biāo)明編號。03.催化劑與反應(yīng)速率、平衡移動催化劑——能加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡所需時間。

催化劑的活性越好，所需時間越短。

但催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。例4.密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2N0(g)+2CO(g8解析：（1）先比較實驗Ⅰ、Ⅱ：

實驗Ⅱ的催化劑比表面積大，故實驗Ⅱ的反應(yīng)速率大；

因催化劑不影響平衡移動，

故達(dá)到平衡后，實驗Ⅰ、Ⅱ的c(NO)相同。

（2）再比較Ⅱ、Ⅲ：

實驗Ⅲ的溫度高，故實驗Ⅲ的反應(yīng)速率大；

因溫度升高,平衡左移，故平衡時dNO)較大。03.催化劑與反應(yīng)速率、平衡移動解析：（1）先比較實驗Ⅰ、Ⅱ：03.催化劑與反應(yīng)速9催化劑具有一定范圍的活化溫度，過高或過低，都會導(dǎo)致催化劑的活性降低。如生物催化劑酶，對溫度就非常敏感。04.溫度與催化劑活性例5.（2017天津）H2S和SO2

會對環(huán)境和人體健康帶來極大的危害，

工業(yè)上采取多種方法減少這些有害氣體的排放生物脫H2S的原理為H2S+Fe2(SO4)3=S+2FeSO4+H2SO4

4FeSO4+02+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O硫桿菌存在時，F(xiàn)eSO4

被氧化的速率是無菌時的5x105

倍，該菌的作用是___；若反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)速率下降，其原因是___________；解析：反應(yīng)的催化劑；催化劑硫桿菌因蛋白質(zhì)變性而失去了催化性能。催化劑具有一定范圍的活化溫度，過高或過低，都會導(dǎo)致催10例6.向三頸燒瓶中加入一定量的MnO2

和水，攪拌，通入SO2

和N2

混合氣體，恒溫下發(fā)生反應(yīng)：MnO2+H2SO3=MnSO4+H2O；若將N2換成空氣，測得C(Mn2+)、C(SO42—)隨時間t的變化如圖所示。導(dǎo)致C(Mn2+)、C(SO42—)變化產(chǎn)生明顯差異的原因是________________；05.催化劑的來源問題化學(xué)中有一類特殊反應(yīng)，叫自催化反應(yīng)，該類反應(yīng)中的生成物對反應(yīng)有催化作用。它的特點之一是開始反應(yīng)速率很小，隨著起催化作用的產(chǎn)物的積累速率迅速增大。例6.向三頸燒瓶中加入一定量的MnO2和水，攪拌11解析：由圖可知，"N2換成空氣"發(fā)生了副反應(yīng)：O2+2H2SO3=2H2SO4表示C(SO42—)的曲線斜率逐漸增大，說明SO42—

的生成速率逐漸增大，

因反應(yīng)物濃度、壓強、溫度、接觸面積等維持不變，

所以導(dǎo)致SO42—

的生成速率加快的因素應(yīng)是催化削，

而且催化劑是某種生成物，應(yīng)是Mn2+［答案］Mn2+對：O2+2H2SO3=2H2SO4的反應(yīng)有催化作用05.催化劑的來源問題歸納小結(jié)：

判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否是自催化反應(yīng)，

先要排除溫度、濃度、壓強、接觸面積等的影響，

然后再分析是何種生成物具有催化作用。解析：由圖可知，"N2換成空氣"發(fā)生了副反應(yīng)：O21206.催化劑、溫度對平衡的綜合影響例6.NH3

催化還原氮氧化物技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫氮技術(shù)：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)H<0.密閉容器中，

在相同時間內(nèi)，在催化劑A作用下脫氮率隨溫度變化如圖所示。

現(xiàn)改用催化能力稍弱的催化劑B進(jìn)行實驗，

請在圖中畫出在催化劑B作用下的脫氮率隨溫度變化的曲線(不考慮溫度對催化劑活性的影響)脫氮率06.催化劑、溫度對平衡的綜合影響例6.NH3催化13解析：(1)

先分析催化劑A作用下的脫氧率為什么會先增大后減小？低于300°C時，溫度越高，反應(yīng)速率越快，相同時間內(nèi)消耗的NO越多，

所以脫氮率增大；高于300°C時，因為溫度升高，平衡逆向移動，消耗的NO減小，所以脫氮率下降。(2)改用催化劑B，就涉及催化劑和溫度兩個變量：①B催化下，隨著溫度的升高，

脫策率也應(yīng)先增大后減?。虎谶_(dá)到曲線最高點之前，B的催化能力弱，相同溫

度時的脫氛率要小于A，即所畫曲線應(yīng)在A的下方。③B催化下在相同時間內(nèi)

達(dá)到平衡，則曲線最高點應(yīng)出現(xiàn)在高于300°C的位置。④當(dāng)A、B均達(dá)到平

衡后，平衡脫氮率只與溫度有關(guān)，所以兩條曲線重合。06.催化劑、溫度對平衡的綜合影響概括整合I催化劑通過參與化學(xué)反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，從而降低活化能，加快反應(yīng)速率，到達(dá)平衡所需的時間減少。

但催化劑不能改變焓變，也不能使平衡移動，催化劑的催化性能也會受外界條件的影響，如溫度、表面積等。解析：06.催化劑、溫度對平衡的綜合影響概141.利用NH3的還原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反應(yīng)如下：4NH3(g)＋6NO(g)

5N2(g)＋6H2O(l)

ΔH＜0已知該反應(yīng)速率v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)(k正、k逆分別是正、逆反應(yīng)速率常數(shù))，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝k正/k逆，則x＝___，y＝___501.利用NH3的還原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的2.N2O是一種強溫室氣體，且易形成顆粒性污染物，研究N2O的分解對環(huán)境保護(hù)有重要意義。碘蒸氣的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反應(yīng)歷程為：第一步I2(g)

2I(g)(快反應(yīng))第二步I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋I(xiàn)O(g)(慢反應(yīng))第三步IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(xiàn)(g)(快反應(yīng))實驗表明，含碘時N2O的分解速率方程v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k為速率常數(shù))。下列表述正確的是_____(填字母)。A.I2濃度與N2O分解速率無關(guān)

B.第二步對總反應(yīng)速率起決定作用C.第二步活化能比第三步小

D.IO為反應(yīng)的中間產(chǎn)物BD2.N2O是一種強溫室氣體，且易形成顆粒性污染物，研究N2O解析N2O分解反應(yīng)中，實驗表明，含碘時N2O的分解速率方程v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k為速率常數(shù))和碘蒸氣濃度有關(guān)，故A錯誤；第二步I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋I(xiàn)O(g)(慢反應(yīng))，在整個反應(yīng)過程中對總反應(yīng)速率起到?jīng)Q定性作用，故B正確；第二步反應(yīng)慢說明活化能比第三步大，故C錯誤。解析N2O分解反應(yīng)中，實驗表明，含碘時N2O的分解速率方程3.化學(xué)動力學(xué)上將一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。對于基元反應(yīng)：aA＋bB―→cC＋dD，其速率方程為v＝k·ca(A)·cb(B)(k為只與溫度有關(guān)的速率常數(shù))，復(fù)雜反應(yīng)(由幾個基元反應(yīng)構(gòu)成)的速率取決于慢的基元反應(yīng)。(1)已知反應(yīng)NO2(g)＋CO(g)

NO(g)＋CO2(g)

ΔH＜0，在溫度低于250℃時是由兩個基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，該反應(yīng)的速率方程為v＝k·c2(NO2)，則其兩個基元反應(yīng)分別為：Ⅰ._______===NO3＋_____；Ⅱ.略，這兩個反應(yīng)中活化能較小的是____。2NO2NOⅡ3.化學(xué)動力學(xué)上將一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。對于基元反應(yīng)：解析溫度低于250℃時，該反應(yīng)的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，說明NO2和CO不參與同一個基元反應(yīng)，且NO2參與的基元反應(yīng)為慢反應(yīng)，決定了該反應(yīng)的反應(yīng)速率，基元反應(yīng)Ⅰ中產(chǎn)物有NO3，根據(jù)元素守恒可知該基元反應(yīng)反應(yīng)物應(yīng)為NO2，則該基元反應(yīng)Ⅰ為：2NO2===NO3＋NO;活化能越大，反應(yīng)速率越慢，基元反應(yīng)Ⅰ決定整個反應(yīng)速率，說明反應(yīng)Ⅰ活化能較大，即反應(yīng)Ⅱ活化能較小。解析溫度低于250℃時，該反應(yīng)的速率方程式為v＝k·c2(2)某科研小組測得380℃時該反應(yīng)的c(NO2)、c(CO)與生成CO2的速率[v(CO2)]的關(guān)系如下：c(CO)/(mol·L－1)0.0250.050.025c(NO2)/(mol·L－1)0.040.040.12v(CO2)/(mol·L－1·s－1)2.2×10－44.4×10－46.6×10－4則該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k＝______L·mol－1·s－1。0.22解析根據(jù)表格分析可知CO和NO2的濃度均會影響反應(yīng)速率，由于該反應(yīng)不是基元反應(yīng)，由題意可設(shè)該反應(yīng)的正反應(yīng)速率v＝k·c(NO2)·c(CO)，將表格中相應(yīng)數(shù)據(jù)代入有2.2×10－4mol·L－1·s－1＝k×0.04mol·L－1×0.025mol·L－1，可解得k＝0.22L·mol－1·s－1。(2)某科研小組測得380℃時該反應(yīng)的c(NO2)、c(C4.(1)溫度為T1

℃時，將等物質(zhì)的量的CO2和H2充入體積為1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)

HCOOH(g)

ΔH＝－31.4kJ·mol－1

K＝2實驗測得：v正＝k正c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆c(HCOOH)，k正、k逆為速率常數(shù)。T1

℃時，k逆＝______(以k正表示)。0.5k正4.(1)溫度為T1℃時，將等物質(zhì)的量的CO2和H2充入體21(2)當(dāng)溫度改變?yōu)門2

℃時，k正＝1.9k逆，則T2

℃時平衡壓強___T1

℃時平衡壓強(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________。＞CO2(g)＋H2(g)

HCOOH(g)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡左移，氣體的物質(zhì)的量增加，總壓強增大；溫度升高，總壓強增大(2)當(dāng)溫度改變?yōu)門2℃時，k正＝1.9k逆，則T2℃時225.已知在一定溫度下的可逆反應(yīng)N2O4(g)

2NO2(g)中，v正＝k正·c(N2O4)，v逆＝k逆·c2(NO2)(k正、k逆只是溫度的函數(shù))。若該溫度下的平衡常數(shù)K＝10，則k正＝___k逆。升高溫度，k正增大的倍數(shù)______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數(shù)。10大于5.已知在一定溫度下的可逆反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g231.碰撞理論

反應(yīng)物分子(或原子、離子)之間必須相互碰撞，才有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是反應(yīng)物分子之間并不是每一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)。

活化分子：是指一些動能特大,且能發(fā)生有效碰撞的分子。

活化能(Ea)：活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差，即：Ea＝活化分子Ea*－普通分子E

注意：

(1)一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約在40～400KJ.mol-1之間；

(2)一定溫度，反應(yīng)活化能(Ea)越大，活化分子百分?jǐn)?shù)越小，反應(yīng)速度越慢；反之Ea越小，活化分子所占的百分?jǐn)?shù)越大，反應(yīng)速度越快。

反應(yīng)速率理論簡介1.碰撞理論

反應(yīng)物分子(或原子、離子)之間必須相互24

過渡狀態(tài)理論認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)不只是通過反應(yīng)物分子之間簡單碰撞就能完成的，而是在碰撞后先要經(jīng)過一個中間的過渡狀態(tài)，即首先形成一種活性集團(tuán)(活化配合物)A+B-C[A···B···C]

A-B+C

活化絡(luò)合物快慢活化絡(luò)合物不穩(wěn)定，或是恢復(fù)為反應(yīng)物，或是變成產(chǎn)物。若產(chǎn)物分子能量比一般反應(yīng)物分子低，多余能量便以熱的形式釋放出來，就是放熱反應(yīng)；反之，即是吸熱反應(yīng)（2）過渡狀態(tài)理論過渡狀態(tài)理論認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)不只是通過反應(yīng)物分子之間簡25反應(yīng)進(jìn)程勢能反應(yīng)熱與活化能的關(guān)系:A2+B2

A2B2

2ABH=Ea--Ea’

A2+B22ABA

BA

BEaEa’H正反應(yīng)的活化能逆反應(yīng)的活化能反應(yīng)熱反應(yīng)進(jìn)程勢能反應(yīng)熱與活化能的關(guān)系:A2+B226活化能的特征1.均為正值，一般在：40—400kJ·mol-1，

Ea<40,反應(yīng)十分快，Ea>400,慢得難以覺察。2.活化能的大小僅由反應(yīng)物本性及反應(yīng)的途徑?jīng)Q定，與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，在溫度變化不大時，也與溫度無關(guān)3.一般地，Ea愈小，活化分子數(shù)愈多，單位體積內(nèi)碰撞次數(shù)愈多，其反應(yīng)速率愈大

活化能的特征1.均為正值，一般在：40—400kJ·mol-2740℃，CCl4中N2O5分解反應(yīng)的υ：c(N2O5)化學(xué)反應(yīng)速率方程N2O5的分解速率與N2O5濃度的比值是恒定的，即反應(yīng)速率υ與c(N2O5)成正比。40℃，CCl4中N2O5分解反應(yīng)的υ：c(N2O528(1)基元反應(yīng)的速率方程

反應(yīng)物分子在有效碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。（由一個基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為簡單反應(yīng)）。對一般基元反應(yīng)，則v=kca(A)cb(B)...(質(zhì)量作用定律）k為速率常數(shù)：與T有關(guān)，與c無關(guān)n=a+b+…(反應(yīng)級數(shù))（2）由兩個或多個基元反應(yīng)的反應(yīng)：

實際是兩步完成：

如：H2(g)+I2(g)=2HI(g)I2(g)=I(g)+I(g)H2(g)+I

(g)+I(g)=HI(g)+HI(g)反應(yīng)級數(shù)越大，則反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響越大。(1)基元反應(yīng)的速率方程反應(yīng)物分子在有效碰撞中一步直接轉(zhuǎn)29（3）在多相反應(yīng)中,固態(tài)反應(yīng)物的濃度和不互溶的純液體反應(yīng)物的濃度不寫入速率方程。C(s)+O2(g)?CO2(g)

2Na(l)+2H2O(l)?2NaOH(aq)+H2(g)

速率方程分別為：反應(yīng)速率=kc(O2)

反應(yīng)速率=k（4）對氣相反應(yīng)和有氣相參與的反應(yīng),速率方程中濃度項可用分壓代替。碳與氧生成二氧化碳反應(yīng)的速率常數(shù)亦可表示為：反應(yīng)速率=k’p(O2)（顯然k’不是k）（3）在多相反應(yīng)中,固態(tài)反應(yīng)物的濃度和C(s)+O2(30（4）阿侖尼烏斯(Arrhenius)經(jīng)驗公式A：反應(yīng)的特征常數(shù)，稱為指前因子e：自然對數(shù)的底數(shù)，2.718R：氣體常數(shù)，為8.314J·mol-1·K-1T：熱力學(xué)溫度(K)Ea：活化能(kJ·mol-1)K=A.e