高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)課件微專題17　化學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析

微專題17

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析高考怎么考

高考考什么

命題角度一

能量反應(yīng)歷程圖分析

命題角度二

催化反應(yīng)機(jī)理圖分析高考精準(zhǔn)練高考怎么考1.[2023?廣東卷]催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應(yīng)R(g)?P(g)。反應(yīng)歷程(下圖)中,M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時(shí),下列說(shuō)法不正確的是(

)A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應(yīng)歷程都分4步進(jìn)行B.反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),升高溫度,R的濃度增大C.使用Ⅱ時(shí),反應(yīng)體系更快達(dá)到平衡D.使用Ⅰ時(shí),反應(yīng)過(guò)程中M所能達(dá)到的最高濃度更大C

[解析]由圖可知兩種催化劑均出現(xiàn)四個(gè)波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反應(yīng)歷程都分4步進(jìn)行,A正確;由圖可知該反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以達(dá)平衡時(shí),升高溫度平衡向左移動(dòng),R的濃度增大,B正確;高考怎么考1.[2023?廣東卷]催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應(yīng)R(g)?P(g)。反應(yīng)歷程(下圖)中,M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時(shí),下列說(shuō)法不正確的是(

)A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應(yīng)歷程都分4步進(jìn)行B.反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),升高溫度,R的濃度增大C.使用Ⅱ時(shí),反應(yīng)體系更快達(dá)到平衡D.使用Ⅰ時(shí),反應(yīng)過(guò)程中M所能達(dá)到的最高濃度更大C

由圖可知Ⅰ的各步反應(yīng)中最大活化能小于Ⅱ的各步反應(yīng)中最大活化能,所以使用Ⅰ時(shí)反應(yīng)速率更快,反應(yīng)體系更快達(dá)到平衡,C錯(cuò)誤;由圖可知R→M中使用Ⅰ活化能較小,反應(yīng)速率較快,M→P中使用Ⅰ活化能較大,反應(yīng)速率較慢,所以使用Ⅰ時(shí),反應(yīng)過(guò)程中M所能達(dá)到的最高濃度更大,D正確。高考怎么考2.[2022?遼寧卷]利用有機(jī)分子模擬生物體內(nèi)“醛縮酶”催化Diels-Alder反應(yīng)取得重要進(jìn)展,榮獲2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。某Diels-Alder反應(yīng)催化機(jī)理如下,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.總反應(yīng)為加成反應(yīng)B.Ⅰ和Ⅴ互為同系物C.Ⅵ是反應(yīng)的催化劑D.化合物X為H2OB

[解析]由催化機(jī)理可知,總反應(yīng)為

+,該反應(yīng)為加成反應(yīng),A正確;結(jié)構(gòu)相似、分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè)CH2原子團(tuán)的有機(jī)物互為同系物,和

結(jié)構(gòu)不相似、分子組成上也不是相差若干個(gè)CH2原子團(tuán),兩者不互為同系物,B錯(cuò)誤;高考怎么考2.[2022?遼寧卷]利用有機(jī)分子模擬生物體內(nèi)“醛縮酶”催化Diels-Alder反應(yīng)取得重要進(jìn)展,榮獲2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。某Diels-Alder反應(yīng)催化機(jī)理如下,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.總反應(yīng)為加成反應(yīng)B.Ⅰ和Ⅴ互為同系物C.Ⅵ是反應(yīng)的催化劑D.化合物X為H2OB

由催化機(jī)理可知,反應(yīng)消耗了Ⅵ又生成了Ⅵ,Ⅵ是反應(yīng)的催化劑,C正確;Ⅰ+Ⅵ→X+Ⅱ,由Ⅰ、Ⅵ、Ⅱ的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知,X為H2O,D正確。高考怎么考3.(不定選)[2021?湖南卷]鐵的配合物離子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機(jī)理和相對(duì)能量的變化情況如圖甲和乙所示:下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.該過(guò)程的總反應(yīng)為HCOOHCO2↑+H2↑B.H+濃度過(guò)大或者過(guò)小,均導(dǎo)致反應(yīng)速率降低C.該催化循環(huán)中Fe元素的化合價(jià)發(fā)生了變化D.該過(guò)程的總反應(yīng)速率由Ⅱ→Ⅲ步驟決定CD

乙甲高考怎么考[解析]由循環(huán)圖可知,反應(yīng)物為HCOOH,生成物為CO2和H2,故A正確。由于HCOOH?H++HCOO-,H+與Ⅲ反應(yīng)生成Ⅳ,H+濃度過(guò)小,此反應(yīng)速率減小;Ⅰ+HCOO-反應(yīng)生成Ⅱ,H+濃度過(guò)大,使得甲酸電離平衡逆移,HCOO-濃度減小,Ⅰ+HCOO-

→Ⅱ的反應(yīng)速率減小,故B正確。雖然Fe連接的原子數(shù)和種類發(fā)生了改變,但是配離子的電荷數(shù)沒(méi)變,因此Fe元素的化合價(jià)不變,故C錯(cuò)誤。乙甲高考怎么考由反應(yīng)進(jìn)程圖可知Ⅱ→Ⅲ中,Ⅱ到過(guò)渡態(tài)1的活化能為45.3kJ·mol-1-(-31.8kJ·mol-1)=77.1kJ·mol-1,Ⅳ→Ⅰ中,Ⅳ到過(guò)渡態(tài)2的活化能為43.5kJ·mol-1-(-42.6kJ·mol-1)=86.1kJ·mol-1,活化能越大,反應(yīng)速率越慢,總反應(yīng)速率是由慢反應(yīng)決定的,即由Ⅳ→Ⅰ步驟決定,故D錯(cuò)誤。乙甲命題角度一能量反應(yīng)歷程圖分析整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么一、反應(yīng)歷程涉及的相關(guān)概念1.基元反應(yīng)、過(guò)渡態(tài)理論(1)基元反應(yīng):大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是分幾步完成的,其中每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)。

(2)過(guò)渡態(tài)理論:過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為,反應(yīng)物在相互接近時(shí)要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡狀態(tài),即形成一種活化絡(luò)合物,然后再轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物,這個(gè)過(guò)渡狀態(tài)就是活化狀態(tài)。整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么2.反應(yīng)歷程基元反應(yīng)構(gòu)成的反應(yīng)序列稱為反應(yīng)歷程(又稱反應(yīng)機(jī)理)。由幾個(gè)基元反應(yīng)組成的總反應(yīng)也稱為復(fù)雜反應(yīng)。反應(yīng)物直接一步轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)。3.活化能與能壘(1)活化能:活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差(碰撞理論)。(2)能壘:過(guò)渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量之差(過(guò)渡態(tài)理論)。[微點(diǎn)撥]基元反應(yīng)的活化能越大,速率就越慢。最高能壘步驟決定了整個(gè)步驟的反應(yīng)速率,稱為“決速步”或“控速步”。整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么二、反應(yīng)歷程與能量圖解題策略探究典例·提升能力高考考什么例1[2022?湖南卷改編]反應(yīng)物(S)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物(P或P·Z)的能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系如下圖所示:下列有關(guān)四種不同反應(yīng)進(jìn)程的說(shuō)法正確的是(

)A.進(jìn)程Ⅰ是吸熱反應(yīng)B.平衡時(shí)P的產(chǎn)率:Ⅱ>ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ

D.進(jìn)程Ⅳ中,Z沒(méi)有催化作用D

[解析]由圖中信息可知,進(jìn)程Ⅰ中S的總能量大于產(chǎn)物P的總能量,因此進(jìn)程Ⅰ是放熱反應(yīng),A不正確;進(jìn)程Ⅱ中使用了催化劑X,但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率,因此在Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)進(jìn)程中,平衡時(shí)P的產(chǎn)率相同,B不正確;探究典例·提升能力高考考什么例1[2022?湖南卷改編]反應(yīng)物(S)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物(P或P·Z)的能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系如下圖所示:下列有關(guān)四種不同反應(yīng)進(jìn)程的說(shuō)法正確的是(

)A.進(jìn)程Ⅰ是吸熱反應(yīng)B.平衡時(shí)P的產(chǎn)率:Ⅱ>ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ

D.進(jìn)程Ⅳ中,Z沒(méi)有催化作用D

由圖可知,進(jìn)程Ⅲ中由S·Y轉(zhuǎn)化為P·Y的活化能高于進(jìn)程Ⅱ中由S·X轉(zhuǎn)化為P·X的活化能,由于這兩步反應(yīng)分別是兩個(gè)進(jìn)程的決速步驟,因此生成P的速率為Ⅲ<Ⅱ,C不正確;由圖中信息可知,進(jìn)程Ⅳ中S與Z生成S·Z,然后S·Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物P·Z,由于P·Z沒(méi)有轉(zhuǎn)化為P+Z,因此Z是該過(guò)程的反應(yīng)物,沒(méi)有表現(xiàn)出催化作用,D正確。探究典例·提升能力高考考什么【思維過(guò)程】

遷移應(yīng)用

[2023?河北張家口模擬]某院士研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用光催化劑,在電、光催化電池中催化獲得多氟芳烴,尤其是部分惰性氟化芳烴的C—F芳基化,其反應(yīng)機(jī)理如圖所示(TEMPO+為催化劑助劑)。下列說(shuō)法正確的是(

)A.先加催化劑助劑不能降低反應(yīng)的焓變,后加入催化劑助劑可降低反應(yīng)的焓變B.該反應(yīng)中有副產(chǎn)物HF生成,HF與HCl一樣屬于強(qiáng)電解質(zhì)C.對(duì)于路徑3來(lái)說(shuō),該反應(yīng)的決速步驟的活化能為14.9kcal·mol-1D.升高溫度有利于加快反應(yīng)速率和增大生成物的產(chǎn)率C探究典例·提升能力高考考什么[解析]圖中峰值越大則活化能越大,峰值越小則活化能越小,決定總反應(yīng)速率的是慢反應(yīng),活化能越大反應(yīng)越慢。催化劑改變反應(yīng)速率,不能改變反應(yīng)的焓變,A錯(cuò)誤;強(qiáng)電解質(zhì)是指在水溶液中能夠完全電離的化合物,即溶于水的部分可以完全變成陰陽(yáng)離子的化合物,一般是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和大部分鹽類,HF為弱酸,屬于弱電解質(zhì),B錯(cuò)誤;探究典例·提升能力高考考什么決定總反應(yīng)速率的是慢反應(yīng),活化能越大反應(yīng)越慢,由圖可知,對(duì)于路徑3來(lái)說(shuō),活化能最大的為Ⅴ→Ⅵ步驟,活化能為14.9kcal·mol-1,C正確;圖中起始和終態(tài)能量均為反應(yīng)物之一和生成物之一的能量,無(wú)法判斷是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng),升溫平衡移動(dòng)方向未知,不能判斷是否有利于增大生成物產(chǎn)率,D錯(cuò)誤。探究典例·提升能力高考考什么命題角度二催化反應(yīng)機(jī)理圖分析整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么1.催化劑的催化機(jī)理及反應(yīng)過(guò)程(1)機(jī)理:催化劑的催化過(guò)程一般是催化劑跟其中的一種反應(yīng)物首先發(fā)生反應(yīng),生成過(guò)渡態(tài)物質(zhì),然后再跟另外的反應(yīng)物反應(yīng),生成產(chǎn)物,同時(shí)催化劑重新生成,從而改變了其反應(yīng)歷程。催化劑參與化學(xué)反應(yīng),生成能量更低的中間產(chǎn)物,降低了達(dá)到過(guò)渡態(tài)所需要的活化能,使反應(yīng)易于發(fā)生,速率加快。即催化劑改變反應(yīng)途徑,降低反應(yīng)的活化能。整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么(2)一般過(guò)程(簡(jiǎn)化的過(guò)程):①反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑表面;②反應(yīng)物被吸附在催化劑表面;③被吸附的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物;④產(chǎn)物的解吸。整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么2.催化反應(yīng)機(jī)理圖的分析思路(1)通覽全圖,找準(zhǔn)一“劑”三“物”一“劑”催化劑催化劑一般是在反應(yīng)起點(diǎn)就加入的,在機(jī)理圖中多數(shù)是以完整的循環(huán)出現(xiàn)的,以催化劑粒子為主體的多個(gè)物種一定在機(jī)理圖中的主線上失而復(fù)得三“物”反應(yīng)物通過(guò)一個(gè)箭頭進(jìn)入整個(gè)歷程的物質(zhì)是反應(yīng)物只進(jìn)不出生成物通過(guò)一個(gè)箭頭最終脫離整個(gè)歷程的物質(zhì)一般多是產(chǎn)物只出不進(jìn)中間物種(或中間體)反應(yīng)后生成的,在機(jī)理圖中通過(guò)一個(gè)箭頭脫離,但又通過(guò)一個(gè)箭頭進(jìn)入的是中間體,通過(guò)兩個(gè)箭頭進(jìn)入整個(gè)歷程的中間物質(zhì)也是中間體,中間體有時(shí)在反應(yīng)歷程中用“[

]”標(biāo)出“自生自滅”整合要點(diǎn)·夯實(shí)必備高考考什么(2)示例探究典例·提升能力高考考什么例2[2022?山東卷]在NO催化下,丙烷與氧氣反應(yīng)制備丙烯的部分反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.含N分子參與的反應(yīng)一定有電子轉(zhuǎn)移B.由NO生成HONO的反應(yīng)歷程有2種C.增大NO的量,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率不變D.當(dāng)主要發(fā)生包含②的歷程時(shí),最終生成的水減少D[解析]根據(jù)反應(yīng)機(jī)理的圖示知,含N分子發(fā)生的反應(yīng)有NO+·OOH=NO2+·OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+·C3H7

=C3H6+HONO、HONO=NO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價(jià)依次為+2價(jià)、+4價(jià)、+3價(jià),上述反應(yīng)中均有元素化合價(jià)的升降,都為氧化還原反應(yīng),一定有電子轉(zhuǎn)移,A項(xiàng)正確;探究典例·提升能力高考考什么例2[2022?山東卷]在NO催化下,丙烷與氧氣反應(yīng)制備丙烯的部分反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.含N分子參與的反應(yīng)一定有電子轉(zhuǎn)移B.由NO生成HONO的反應(yīng)歷程有2種C.增大NO的量,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率不變D.當(dāng)主要發(fā)生包含②的歷程時(shí),最終生成的水減少D根據(jù)圖示,由NO生成HONO的反應(yīng)歷程有2種,B項(xiàng)正確;NO是催化劑,增大NO的量,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率不變,C項(xiàng)正確;無(wú)論反應(yīng)歷程如何,在NO催化下丙烷與O2反應(yīng)制備丙烯的總反應(yīng)都為2C3H8+O2

2C3H6+2H2O,當(dāng)主要發(fā)生包含②的歷程時(shí),最終生成的水不變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。探究典例·提升能力高考考什么【思維過(guò)程】

結(jié)合該反應(yīng)機(jī)理圖進(jìn)行分析,關(guān)注微粒變化的過(guò)程和途徑,確定反應(yīng)物、催化劑、中間體和產(chǎn)物:中間體:先出后進(jìn),如·C3H7、HONO等該反應(yīng)的總反應(yīng)為2C3H8+O2

2C3H6+2H2O遷移應(yīng)用[2021?湖北卷]甲烷單加氧酶(s-mmo)含有雙核鐵活性中心,是O2氧化CH4生成CH3OH的催化劑,反應(yīng)過(guò)程如圖所示。]下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2B.步驟③有非極性鍵的斷裂和極性鍵的形成C.每一步驟都存在鐵和氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移D.圖中的總過(guò)程可表示為CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2OC探究典例·提升能力高考考什么[解析]基態(tài)Fe原子核外有26個(gè)電子,其核外電子排布式為[Ar]3d64s2,A項(xiàng)正確;步驟③中斷裂非極性鍵O—O,形成極性鍵O—Fe(Ⅳ),B項(xiàng)正確;遷移應(yīng)用[2021?湖北卷]甲烷單加氧酶(s-mmo)含有雙核鐵活性中心,是O2氧化CH4生成CH3OH的催化劑,反應(yīng)過(guò)程如圖所示。]下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2B.步驟③有非極性鍵的斷裂和極性鍵的形成C.每一步驟都存在鐵和氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移D.圖中的總過(guò)程可表示為CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2OC探究典例·提升能力高考考什么步驟④中Fe、C元素化合價(jià)發(fā)生變化,電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在Fe和C元素之間,C項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)圖示,總過(guò)程的反應(yīng)為CH4+O2+2H++2e-

CH3OH+H2O,D項(xiàng)正確。1.[2023?浙江1月選考]標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,氣態(tài)反應(yīng)物和生成物的相對(duì)能量與反應(yīng)歷程示意圖如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相對(duì)能量為0],下列說(shuō)法不正確的是(

)A.E6-E3=E5-E2B.可計(jì)算Cl—Cl鍵能為2(E2-E3)kJ·mol-1C.相同條件下,O3的平衡轉(zhuǎn)化率:歷程Ⅱ>歷程ⅠD.歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最快的一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為ClO(g)+O(g)=O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)kJ·mol-1C

高考精準(zhǔn)練[解析]歷程Ⅰ是O3和O生成O2,歷程Ⅱ是O3和O在Cl為催化劑條件下生成O2,催化劑的使用并不能改變?chǔ),A項(xiàng)正確;兩個(gè)歷程中反應(yīng)物能量相差(E2-E3)kJ·mol-1,已知Cl2(g)的相對(duì)能量為0,則1molCl—Cl鍵能為2(E2-E3)kJ·mol-1,B項(xiàng)正確;1.[2023?浙江1月選考]標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,氣態(tài)反應(yīng)物和生成物的相對(duì)能量與反應(yīng)歷程示意圖如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相對(duì)能量為0],下列說(shuō)法不正確的是(

)A.E6-E3=E5-E2B.可計(jì)算Cl—Cl鍵能為2(E2-E3)kJ·mol-1C.相同條件下,O3的平衡轉(zhuǎn)化率:歷程Ⅱ>歷程ⅠD.歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最快的一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為ClO(g)+O(g)=O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)kJ·mol-1C

高考精準(zhǔn)練催化劑的使用不能改變反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率,C項(xiàng)錯(cuò)誤;反應(yīng)速率最快的一步反應(yīng),即活化能最小的一步反應(yīng),結(jié)合圖像可知為歷程Ⅱ的第2步,D項(xiàng)正確。2.[2023?新課標(biāo)全國(guó)卷]“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物為催化中心,可將NH2OH與NH3轉(zhuǎn)化為肼(NH2NH2),其反應(yīng)歷程如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.NH2OH、NH3和H2O均為極性分子B.反應(yīng)涉及N—H、N—O鍵斷裂和N—N鍵生成C.催化中心的Fe2+被氧化為Fe3+,后又被還原為Fe2+D.將NH2OH替換為ND2OD,反應(yīng)可得ND2ND2D高考精準(zhǔn)練[解析]NH2OH、NH3和H2O的中心原子均采取sp3雜化,正電中心和負(fù)電中心均不重合,均為極性分子,故A項(xiàng)正確;反應(yīng)第2步涉及N—O鍵斷裂,反應(yīng)第3步涉及N—H鍵斷裂,反應(yīng)第4步涉及N—N鍵生成,故B項(xiàng)正確;催化中心的Fe2+先失去電子被氧化為Fe3+,后面又得到電子被還原為Fe2+,故C項(xiàng)正確;由圖像可知,1個(gè)NH2NH2中有兩個(gè)氫原子來(lái)自NH3,有兩個(gè)氫原子來(lái)自NH2OH,將NH2OH替換為ND2OD,反應(yīng)得到ND2NH2和HDO,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。高考精準(zhǔn)練

高考精準(zhǔn)練B高考精準(zhǔn)練[解析]Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后,[L-Ru-NH3]2+中的Ru帶有更多的正電荷,其與N原子成鍵后,Ru吸引電子的能力比Ru(Ⅱ)中強(qiáng),這種作用使得配體NH3中N—H的極性變強(qiáng),更容易斷裂,因此配體NH3失去質(zhì)子(H+)的能力增強(qiáng),A正確;[L-Ru-NH3]+中的Ru為+2價(jià),當(dāng)其變?yōu)閇L-Ru-NH3]2+后,Ru為+3價(jià),2個(gè)[L-Ru-NH3]2+失去2