高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理催化劑和反應(yīng)調(diào)控課件

化學(xué)反應(yīng)原理復(fù)習(xí)專題—催化劑和反應(yīng)調(diào)控催化劑的作用與特征定義人教版《化學(xué)》九年級上冊：在化學(xué)反應(yīng)中能改變其它物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有改變的物質(zhì)叫催化劑。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC，2014）：催化劑是增加化學(xué)反應(yīng)速率但不改變總反應(yīng)的標準吉布斯自由能的物質(zhì)。（負催化劑被稱為“抑制劑”）蜂窩陶瓷催化劑鐵處媒催化劑V2O5催化劑催化劑只能催化熱力學(xué)上可能發(fā)生的反應(yīng)催化劑不改變ΔH和ΔS催化反應(yīng)的分類—溶液中的催化反應(yīng)【典例4】已知分解1molH2O2放出熱量98kJ，在含少量I-的溶液中，H2O2的分解機理為：H2O2+I-→H2O+IO-

慢，H2O2+IO-→H2O+O2+I-

快請寫出總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，并分析此反應(yīng)的催化劑與中間產(chǎn)物。請思考反應(yīng)速率是否與I-的濃度有關(guān)，為什么？催化劑的作用與特征定義慢反應(yīng)為該反應(yīng)的決速步驟，c(I-)增大，第一步慢反應(yīng)速率增大，化學(xué)反應(yīng)速率加快2H2O2(l)==2H2O(l)+O2(g)ΔH＝-196kJ·mol?1催化劑

I-，

中間產(chǎn)物

IO-一般在溶液體系中，催化劑濃度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，但催化劑濃度過高增加了成本，且不一定能帶來更好的催化效果，因此應(yīng)將催化劑與底物的配比控制在合適的范圍內(nèi)。催化劑的作用與特征定義典例2：內(nèi)酯在化工、醫(yī)藥、農(nóng)林等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。內(nèi)酯可以通過有機羧酸異構(gòu)化制得。某羧酸A在0.2mol/L鹽酸中轉(zhuǎn)化為內(nèi)酯B的反應(yīng)可表示為A(aq)?B(aq)，忽略反應(yīng)前后溶液體積變化。一定溫度下，當(dāng)A的起始濃度為amol/L時，A的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如下表所示：研究發(fā)現(xiàn)，其他條件不變時，減小鹽酸的濃度，反應(yīng)速率減慢，但平衡時B的含量不變，原因是_____________________________________________如何在題目隱含信息中識別出某一成分具有催化劑的作用？【思考】鋅與稀硫酸反應(yīng)，Cu/Cu2+可以加快該反應(yīng)速率，Cu/Cu2+的作用是催化劑嗎？鹽酸是催化劑，催化劑能改變反應(yīng)速率，但不影響化學(xué)平衡催化劑的作用與特征催化劑具有高效性—必修2-49頁科學(xué)視野催化劑是現(xiàn)代化學(xué)中關(guān)鍵而神奇的物質(zhì)之一。催化劑十分神奇，它能極大的加快化學(xué)反應(yīng)速率（可使化學(xué)反應(yīng)速率增大幾個到十幾個數(shù)量級）。催化劑不能改變化學(xué)平衡—選修4-28頁由于催化劑_________地增加正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率，因此，它對化學(xué)平衡移動沒有影響。也就是說，催化劑不能改變達到化學(xué)平衡狀態(tài)的反應(yīng)混合物的組成，但使用催化劑，能改變_________________________。催化劑對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性—選修4-23頁使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┦歉淖兎磻?yīng)速率的常用的有效方法之一。對于給定條件下反應(yīng)物之間能夠發(fā)生多個反應(yīng)的情況，理想的催化劑還可以大幅提高主要產(chǎn)物在最終產(chǎn)物中比率。催化劑的這種特性稱作它的_______。等同程度反應(yīng)到達平衡所需時間選擇性催化劑具有高效性催化劑的作用與特征例如：SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)所需活化能在200kJ/mol以上，使用V2O5做催化劑時，活化能降低為92-96kJ/mol，反應(yīng)速率可大約增大1億倍。溫度每升高10℃,化學(xué)反應(yīng)速率通常增加到原來的2~4倍；改變濃度對速率的影響程度因速率方程的不同而存在較大的差異;但是催化劑對反應(yīng)速率的影響一般遠遠大于濃度、溫度對速率的影響程度。一個反應(yīng)可以有不同的催化劑?；罨芙档偷囊膊煌?，例如【典例4】H2O2分解的反應(yīng)，用I-做催化劑，活化能降低為59kJ/mol，若用過氧化氫酶做催化劑，可降低為25kJ/mol催化劑具有高效性可以從以下幾個角度理解：催化劑的作用與特征典例11—（3）(3)在密閉容器中充入一定量的CO2和H2，發(fā)生反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），在催化劑作用下單位時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度、催化劑的關(guān)系如圖所示。①a點時,CH3OH的生成速率_____（填“>”“<”或“=”，下同）的消耗速率；催化效率：Cat2_______Cat1。②b點之后的轉(zhuǎn)化率降低，可能的原因是____________________________________＞＞

溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動

或催化劑活性降低；

或溫度升高反應(yīng)左移與催化劑活性降低共同作用催化劑具有高效性在一定條件下，在某種催化劑作用下，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率。CO2的轉(zhuǎn)化率【典例3】研究CO2氧化C2H6制C2H4對資源綜合利用有重要意義。相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有：結(jié)合具體反應(yīng)分析，在催化劑X作用下，CO2氧化C2H6的主要產(chǎn)物是_______，判斷依據(jù)是_____________________________________COC2H4的產(chǎn)率低，說明催化劑X有利于提高反應(yīng)Ⅲ的速率主反應(yīng)副反應(yīng)副反應(yīng)副反應(yīng)催化劑對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性【思考】如何理解“理想的催化劑還可以大幅提高目標產(chǎn)物在最終產(chǎn)物中比率”催化劑的作用與特征催化劑的作用與特征催化劑對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性【典例11—（4）②】二氧化碳催化加氫合成甲醇反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)Ⅱ。一定溫度和壓強條件下，為了提高反應(yīng)速率和甲醇選擇性，應(yīng)當(dāng)________________________選擇更適宜的催化劑【思考】如何理解“理想的催化劑還可以大幅提高目標產(chǎn)物在最終產(chǎn)物中比率”基于微觀歷程的催化機理N2和H2如何發(fā)生反應(yīng)？NHHHNHHH舊鍵斷新鍵成活化能反應(yīng)物生成物化學(xué)反應(yīng)的微觀機理生成物過渡態(tài)1反應(yīng)物過渡態(tài)2.......隨著化學(xué)理論的發(fā)展，化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)不是經(jīng)過簡單碰撞就能完成，往往要經(jīng)過多個反應(yīng)步驟才能實現(xiàn)，每一步都稱為基元反應(yīng)。碰撞理論：反應(yīng)物分子間的相互碰撞是反應(yīng)進行的必要條件，反應(yīng)物分子間碰撞頻率越高，反應(yīng)速率越快。基元反應(yīng)加入催化劑后，反應(yīng)歷程發(fā)生了怎樣的改變？活化能：活化分子具有平均能量與反應(yīng)物分子具有的平均能量差基于微觀歷程的催化機理【思考】結(jié)合右圖數(shù)據(jù)思考催化劑為什么可以加快合成氨反應(yīng)的速率？選修4-22頁催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，是因為它能改變_______________,使反應(yīng)所需的活化能_______,反應(yīng)體系中所含有的________________________，從而使有效碰撞幾率提高，反應(yīng)速率增大?；罨肿影俜謹?shù)提高反應(yīng)路徑降低擴散吸附斷鍵成鍵解吸氣態(tài)反應(yīng)物固體催化劑的催化反應(yīng)簡化模型【典例5—②】已知NH3在催化劑表面的吸附量會影響催化效果，在少量某催化劑下分解的實驗數(shù)據(jù)如下表：分析表中數(shù)據(jù)可知，隨著反應(yīng)進行，c(NH3)減小，平均反應(yīng)速率_________(填“增大”、“減小”或“不變”)，對該分析結(jié)果的合理解釋是________________________________________________不變催化劑表面已充分吸附NH3，反應(yīng)物中濃度減小，但吸附量不變，平均反應(yīng)速率不變；基于微觀歷程的催化機理1、如何理解“氣態(tài)反應(yīng)物勻速通過反應(yīng)器”？2、氣體的流速和反應(yīng)時間的關(guān)系？3、氣體的濃度、壓強是否影響反應(yīng)速率？擴散吸附斷鍵成鍵解吸氣態(tài)反應(yīng)物固體催化劑的催化反應(yīng)簡化模型【典例7—③】氣體在固體催化劑表面反應(yīng)時，同時進行著的吸附反應(yīng)和解吸反應(yīng)，共同作用影響總反應(yīng)速率。反應(yīng)2NO+2CO=N2+2CO2在固體催化劑表面進行的反應(yīng)速率隨壓強的變化如圖3所示。結(jié)合反應(yīng)機理，試解釋bc段反應(yīng)速率下降的原因：________________________________________________________壓強增大，吸附率雖增大，但不利于解析，解析速率減小更多，所以反應(yīng)速率減??；基于微觀歷程的催化機理【典例11—（2）】有學(xué)者結(jié)合實驗和計算機模擬結(jié)果，得出CO2（g）+H2（g）?CO(g)+H2O(g)的一種反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“·”標注，TS1、TS2、TS3、TS4均為過渡態(tài)。決速步驟對應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________TS3對應(yīng)的步驟適合在________（填“高溫”或“低溫”）條件下進行。吸附解吸第一步第二步第三步第四步

CO.+OH.+H.==CO.+H2OOH.+H.==H2O低溫O.+H.==OH.ΔH<0，ΔS<0低溫自發(fā)基于微觀歷程的催化機理尋找反應(yīng)歷程中的最大能壘吸附解吸第一步第二步第三步第四步第一步第二步第三步【典例11—（2）】【典例6—②】②右圖為催化還原CO2的反應(yīng)歷程圖。其中，生成甲酸的決速步驟的電極反應(yīng)式為_____________________HCOO※+H2O+e-==HCOOH※+OH-基于微觀歷程的催化機理尋找反應(yīng)歷程中的最大能壘基于微觀歷程的催化機理如何從微觀歷程理解催化劑具有選擇性？③從反應(yīng)能壘角度分析該催化劑對生成甲酸具有高選擇性的原因______________________________________CO2生成CO的能壘大大高于生成HCOOH的能壘催化劑對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性在給定的條件下，理想的催化劑在多個可能進行的反應(yīng)中，使目標產(chǎn)物的反應(yīng)的活化能降低程度遠遠大于其它反應(yīng)。催化劑的失活與再生理論上，催化劑前后質(zhì)量保持不變，可以無限循環(huán)使用，一定量的催化劑可以使大量的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為大量的產(chǎn)物，但實際生產(chǎn)過程，在恒定反應(yīng)條件下催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率會隨時間增長而下降，稱為催化劑的失活包括化學(xué)失活（催化劑中毒），熱失活（溫度）和機械失活（積碳）?！镜淅?】苯催化加氫制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝，可發(fā)生如下反應(yīng)：氫原子和苯分子吸附在催化劑表面活性中心時，才能發(fā)生反應(yīng)，機理如圖。當(dāng)中混有微量H2S或CO等雜質(zhì)時，會導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ的產(chǎn)率降低，推測其可能原因為____________________________________________________________金屬催化劑與H2S或CO反應(yīng)從而失去催化活性；H2S和CO等雜質(zhì)也可被催化劑表面活性中心吸附，導(dǎo)致H原子和苯分子被催化劑活性中心吸附的機會減少，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)率降低催化劑的失活與再生催化劑的失活與再生利用銅—鈰氧化物(xCuO·yCeO2，Ce是活潑金屬)催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化過程中Cu、Ce的化合價均發(fā)生變化，可能機理如