催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響　催化機(jī)理 高二上學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修1

第3課時(shí)催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速

率的影響催化機(jī)理第2章第3節(jié)1.了解催化劑的特點(diǎn)及催化機(jī)理。2.掌握對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素(重、難點(diǎn))。學(xué)習(xí)目標(biāo)催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響一1.催化劑的概念(1)催化劑是能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。(2)催化劑的活性與自身成分、粒徑、合成方法、壓強(qiáng)、溫度等有關(guān)。催化劑發(fā)揮作用需要維持在活性溫度范圍內(nèi)。此外，有些物質(zhì)的存在會(huì)使催化劑明顯失效，這種現(xiàn)象稱為催化劑中毒。2.催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析課本表2－3－6，可得出以下結(jié)論：(1)使用催化劑，反應(yīng)的活化能降低，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)大幅增大，能大幅度加快化學(xué)反應(yīng)速率。(2)比溫度、壓強(qiáng)、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的程度更大。3.催化劑的催化原理(1)催化劑通過參與反應(yīng)改變反應(yīng)歷程，較大幅度降低反應(yīng)的活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率。(2)微觀解釋使用催化劑―→改變反應(yīng)的歷程―→降低反應(yīng)的活化能―→使更多的反應(yīng)物分子成為活化分子―→增加單位體積內(nèi)的活化分子百分?jǐn)?shù)―→加快化學(xué)反應(yīng)速率。4.催化劑的特點(diǎn)(1)選擇性：某種催化劑對(duì)某一反應(yīng)可能是活性很強(qiáng)的催化劑，但對(duì)其他反應(yīng)就不一定是有催化作用。(2)高效性：可以較大幅度地降低反應(yīng)的活化能，從而有效地提高化學(xué)反應(yīng)速率。(3)催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率，不能改變反應(yīng)熱，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率。思考交流1.正誤判斷(1)催化劑能使不起反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)(2)催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，但質(zhì)量不變(3)雙氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因?yàn)镸nO2的催化作用(4)電解水時(shí)，往水中加少量NaOH，可使電解速率明顯加快，故NaOH是這個(gè)反應(yīng)的催化劑××√×電解水時(shí)，加少量NaOH可增大水中離子濃度，加快電荷移動(dòng)速率，NaOH并沒有改變反應(yīng)歷程，故不是催化劑。思考交流2.2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)反應(yīng)進(jìn)程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應(yīng)的活化能，E2表示逆反應(yīng)的活化能)。下列有關(guān)敘述正確的是A.ΔH＝E1－E2B.該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C.升高溫度，不影響活化分子百分?jǐn)?shù)D.使用催化劑使該反應(yīng)的反應(yīng)熱發(fā)生改變√思考交流3.在氣體參與的反應(yīng)中，①增大反應(yīng)物濃度；②升高溫度；③增大壓強(qiáng)(壓縮體積)；④加入催化劑，若以上四種方法均可使反應(yīng)速率增大，完成下列問題：(1)降低反應(yīng)活化能的是____(填序號(hào)，下同)。(2)增加活化分子百分比的是______。(3)未改變活化分子百分比，增加單位體積內(nèi)分子總數(shù)的是______。(4)增加單位體積內(nèi)活化分子數(shù)的是__________。④②④①③①②③④常見催化機(jī)理圖分析二1.化學(xué)變化的宏觀特征就是有新物質(zhì)生成，并伴有能量的變化，從微觀來說就是有舊鍵的斷裂和新鍵的形成。催化反應(yīng)機(jī)理圖是以實(shí)際科研成果為載體，常設(shè)置如下三種考查角度：(1)反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物、催化劑、中間體的辨識(shí)。(2)從微觀的視角分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中電子的轉(zhuǎn)移、化學(xué)鍵的斷裂與形成。(3)應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理，結(jié)合原子守恒、能量守恒思想、平衡觀念分析解決實(shí)際問題的能力。2.試題的呈現(xiàn)形式通常有兩種：(1)催化循環(huán)轉(zhuǎn)化圖，(2)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程能量(能壘)圖像。類型1催化循環(huán)轉(zhuǎn)化圖1.利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除廢氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質(zhì)，其反應(yīng)歷程如圖所示：(1)X是

。N2、H2O(2)上述歷程的總反應(yīng)為

。(3)由反應(yīng)歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應(yīng)的

。中間產(chǎn)物由反應(yīng)歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應(yīng)的中間產(chǎn)物。2.(2023·湖南衡陽聯(lián)考)由于水氧化反應(yīng)包含多個(gè)電子/質(zhì)子轉(zhuǎn)移，而且其動(dòng)力學(xué)過程緩慢，水氧化催化機(jī)理四步反應(yīng)如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是A.(L3－)Co能降低水氧化

反應(yīng)的活化能B.該機(jī)理總反應(yīng)式為2H2O

O2↑＋4H＋＋4e－C.氧化性：(L2－)CoOOH<(L2－)CoOHD.催化劑參與反應(yīng)過程，從而加快反應(yīng)速率√歸納總結(jié)在催化循環(huán)反應(yīng)體系中：催化劑首先直接和反應(yīng)物反應(yīng)，反應(yīng)前后存在，反應(yīng)過程中不存在，催化劑可循環(huán)再生，即“失而復(fù)得”；而中間體(中間產(chǎn)物)只在反應(yīng)過程中出現(xiàn)。類型2物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程能量(能壘)圖像3.炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發(fā)現(xiàn)它可以活化氧分子，生成活化氧，活化過程的能量變化模擬計(jì)算結(jié)果如圖所示?；罨蹩梢钥焖傺趸疭O2，下列說法正確的是A.每活化一個(gè)氧分子吸收0.29eV能量B.水可使氧分子活化反應(yīng)的活化能降低

0.42eVC.氧分子的活化是C—O鍵的斷裂與O—O鍵的生成過程D.炭黑顆粒是大氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3的催化劑√4.甲酸被認(rèn)為是理想的氫能載體，我國科技工作者運(yùn)用DFT計(jì)算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產(chǎn)生H2的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注?；卮鹣铝袉栴}：(1)該歷程中決定正反應(yīng)速率步驟的能壘(活化能)E正＝______eV，該步驟的反應(yīng)方程式為_______________________。0.98HCOOH*===HCOO*＋H*(2)該歷程中甲酸分解制氫氣的熱化學(xué)方程式為___________________________________________________。HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－0.15NAeV·mol－1由圖可知，甲酸分解生成二氧化碳和氫氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱ΔH＝－0.15NAeV·mol－1，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－0.15NAeV·mol－1。特別提醒反應(yīng)機(jī)理能壘圖既能反映化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，又能反映能量變化。解答此類問題時(shí)應(yīng)注意：(1)能壘圖中涉及物質(zhì)的能量往往是指一個(gè)分子變化過程的能量變化，其單位一般為eV(電子伏特)?；罨蹺a一般指每摩爾物質(zhì)反應(yīng)的能量變化，其單位多為kJ·mol－1。(2)催化反應(yīng)歷程一般為擴(kuò)散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。要關(guān)注斷鍵和成鍵的部位及元素化合價(jià)的變化。(3)復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)速率由基元反應(yīng)中活化能(能壘)最大的慢反應(yīng)決定。自我測(cè)試1231.(2022·廣東，15)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ?qū)Ψ磻?yīng)X→2Y的影響，各物質(zhì)濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的部分變化曲線如圖，則A.無催化劑時(shí)，反應(yīng)不能進(jìn)行B.與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應(yīng)活化能更低C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時(shí)X的濃度隨t的變化D.使用催化劑Ⅰ時(shí)，0～2min內(nèi)，v(X)＝1.0mol·L－1·min－1√自我測(cè)試1232.科學(xué)家結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究出了均相催化的思維模型?？偡磻?yīng)：A＋B―→AB(K為催化劑)反應(yīng)①：A＋K―→AK

Ea1反應(yīng)②：AK＋B―→AB＋K

Ea2下列說法正確的是A.第①步為快反應(yīng)，第②步為慢反應(yīng)B.升高溫度使反應(yīng)①的速率加快，反應(yīng)②的速率減慢C.該反應(yīng)的ΔH＝－EakJ·mol－1D.催化劑增大了活化分子百分?jǐn)?shù)，加快了反應(yīng)速率√自我測(cè)試1233.中國科學(xué)家研究在Pd/SVG