專題09-反應(yīng)機(jī)理(全國版)-講義(解析版)

專題09反應(yīng)機(jī)理一、考情分析核心素養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知變化觀念與平衡思想考綱了解活化能的概念，了解催化劑的重要作用了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因及常見的能量轉(zhuǎn)化形式了解能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。了解化學(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用考情預(yù)測反應(yīng)機(jī)理在近幾年高考題中頻繁出現(xiàn)，預(yù)計(jì)在2022年高考中，會(huì)以選擇和在化學(xué)反應(yīng)原理中圖像進(jìn)行呈現(xiàn)，考查學(xué)生知識(shí)運(yùn)用與推理能力。近幾年這類題型是高考熱點(diǎn)，呈現(xiàn)方式每年都有變化，意對解題模型進(jìn)行掌握。通過真實(shí)問題情境素材增加了試題新穎性，考查學(xué)生的遷移運(yùn)用能力和創(chuàng)新思維。通過從不同版本教材中追根，從歷年高考中看變，來提高學(xué)生的遷移思維、創(chuàng)新發(fā)展能力。反應(yīng)機(jī)理真實(shí)情境進(jìn)行分析，思維轉(zhuǎn)化大，考查考生的遷移運(yùn)用能力和創(chuàng)新思維，具有一定的難度。故非常有必要從催化劑的特性、催化的機(jī)理等角度進(jìn)行深入的分析，找到解決新情境問題的思維方法?？键c(diǎn)分布考點(diǎn)剖析考點(diǎn)1：不斷創(chuàng)新演變的反應(yīng)歷程中的能量變化圖像1、題在書外，理在書中。通過選編以下教材中的經(jīng)典圖示，讓學(xué)生理清圖示信息，打牢基本知能反應(yīng)歷程與活化能催化劑對反應(yīng)歷程與活化能影響人教版新教材魯科版新教材蘇教版2、變形考查——源于教材高于教材傳統(tǒng)高考命題以知識(shí)立意為重，前幾年的高考對此知識(shí)點(diǎn)的考查大多是教材的變形考查2015·北京高考·T92015·海南高考·T162016·海南高考·T113、不斷創(chuàng)新——真情境考查真應(yīng)用核心素養(yǎng)時(shí)代，高考命題由知識(shí)立意轉(zhuǎn)向素養(yǎng)立意，高考講究真情境考查真應(yīng)用2019·全國卷Ⅰ·T282018·海南高考·T122020·天津高考·T104、解題流程——三步突破能量變化能壘圖考點(diǎn)2：催化劑的催化反應(yīng)機(jī)理分析1．催化劑具有的三大特征催化劑是通過降低反應(yīng)活化能，從而改變了反應(yīng)的途徑，此即催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的主要原因所在?？偨Y(jié)起來，催化劑的特征主要表現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：第一，催化劑可以改變反應(yīng)速率，但其自身在反應(yīng)前后的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。第二，催化劑不改變化學(xué)平衡。即催化劑既能加快正向反應(yīng)的速率，也能加快逆向反應(yīng)的速率，從而縮短化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間。第三，催化劑具有特殊的選擇性，不同類型的反應(yīng)，需要選擇不同的催化劑。同一種反應(yīng)物，使用不同的催化劑，可以得到不同的產(chǎn)物。2．認(rèn)識(shí)催化劑的四大誤區(qū)誤區(qū)1催化劑不參加化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上，催化劑不是不參加化學(xué)反應(yīng)，而是在化學(xué)反應(yīng)前后，催化劑的化學(xué)性質(zhì)基本不變。例如在銅催化乙醇生成乙醛的反應(yīng)中，銅參與反應(yīng)的原理如下：第一步為2Cu＋O2=2CuO，第二步為CuO＋CH3CH2OH→Cu＋CH3CHO＋H2O，這兩步反應(yīng)方程式的加和為O2＋2CH3CH2OH→CH3CHO＋2H2O。顯然催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)誤區(qū)2一種反應(yīng)只有一種催化劑實(shí)際上一個(gè)反應(yīng)可以有多種催化劑，只是我們常選用催化效率高的，對環(huán)境污染小，成本低的催化劑，如雙氧水分解的催化劑可以是二氧化錳，也可以是氯化鐵，當(dāng)然還可以硫酸銅等誤區(qū)3催化劑都是加快化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)際上，催化劑有正催化劑與負(fù)催化劑，正催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率，負(fù)催化劑是減慢化學(xué)反應(yīng)速率的誤區(qū)4催化劑的效率與催化劑的量無關(guān)實(shí)際上，催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，是第一反應(yīng)物。既然是反應(yīng)物，催化劑的表面積，催化劑的濃度大小必然影響化學(xué)反應(yīng)速率。比如用酵母催化劑做食品，酵母量大自然面就膨大快。催化劑的用量是會(huì)改變催化效率的3．探究催化劑的催化機(jī)理從催化劑的組成入手，結(jié)合常見化學(xué)反應(yīng)，探究相關(guān)催化劑的催化機(jī)理。(1)金屬單質(zhì)催化劑金屬催化劑是一類重要的工業(yè)催化劑，主要包括塊狀催化劑，分散或者負(fù)載型的金屬催化劑。幾乎所有的金屬催化劑都是過渡金屬，這與金屬的結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)鍵有關(guān)。乙醇在氧氣環(huán)境下加熱(250℃～350℃)，以金屬單質(zhì)銅作為催化劑，可以收集獲得產(chǎn)物乙醛這一反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up11(Cu),\s\do4(△))2CH3CHO＋2H2O在有充足氧氣的條件下，由于乙醇結(jié)構(gòu)中α碳上的氫較為活潑，銅(Cu)與氧氣(O2)加熱條件下得到的弱氧化劑氧化銅(CuO)可以將其轉(zhuǎn)化成醛：(2)酸催化劑酸催化劑催化是指催化劑與反應(yīng)物分子之間，通過給出質(zhì)子或接受電子對作用，形成活潑的正碳離子中間化合物(活化的主要方式)，繼而分解為產(chǎn)物的催化過程。中學(xué)階段接觸最多的酸催化劑是稀硫酸和濃硫酸。乙醇(CH3CH2OH)和乙酸(CH3COOH)在加熱的條件下生成乙酸乙酯，反應(yīng)催化劑是濃硫酸，具體反應(yīng)方程式為CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up11(H2SO4),\s\do4(△))CH3COOC2H5＋H2O催化劑濃硫酸主要有兩方面作用，一方面，濃硫酸質(zhì)子化羰基，加強(qiáng)了羰基碳的缺電子性，促使乙醇作為親核試劑進(jìn)攻，形成四面體過渡態(tài)：濃硫酸的另一個(gè)作用是具有吸水性，吸收反應(yīng)中的生成物水，使得反應(yīng)向正向推進(jìn)。[思維建模]催化反應(yīng)機(jī)理的分析思維模型【典例剖析】1.（2021·湖北）甲烷單加氧酶(s—mmo)含有雙核鐵活性中心，是氧化生成的催化劑，反應(yīng)過程如圖所示。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B.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.圖中的總過程可表示為：【答案】C【解析】A.F是26號元素，基態(tài)原子的核外電子排布式為，簡寫為，故A正確；B.步驟③有O一O非極性鍵的斷裂和O一F極性鍵的形成，故B正確；C.步驟⑥鐵的化合價(jià)改變是由于外界提供了兩個(gè)電子，氧的化合價(jià)沒變，不存在鐵和氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移，故C錯(cuò)誤；D該反應(yīng)的總反應(yīng)反應(yīng)物為氧氣和甲烷，生成物為甲醇和水，化學(xué)方程式為，故D正確；故選：C。2.（2021·山東）標(biāo)記的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中發(fā)生水解，部分反應(yīng)歷程可表示為能量變化如圖所示。已知為快速平衡，下列說法正確的是()A.反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ為決速步B.反應(yīng)結(jié)束后，溶液中存在C.反應(yīng)結(jié)束后，溶液中存在D.反應(yīng)Ⅰ與反應(yīng)Ⅳ活化能的差值等于圖示總反應(yīng)的焓變【答案】B【解析】A．一般來說，反應(yīng)的活化能越高，反應(yīng)速率越慢，由圖可知，反應(yīng)I和反應(yīng)IV的活化能較高，因此反應(yīng)的決速步為反應(yīng)I、IV，故A錯(cuò)誤；B．反應(yīng)I為加成反應(yīng)，而與為快速平衡，反應(yīng)II的成鍵和斷鍵方式為或，后者能生成18OH-，因此反應(yīng)結(jié)束后，溶液中存在18OH-，故B正確；C．反應(yīng)III的成鍵和斷鍵方式為或，因此反應(yīng)結(jié)束后溶液中不會(huì)存在CH318H，故C錯(cuò)誤；D．該總反應(yīng)對應(yīng)反應(yīng)物的總能量高于生成物總能量，總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此和CH3O-的總能量與和OH-的總能量之差等于圖示總反應(yīng)的焓變，故D錯(cuò)誤；綜上所述，正確的是B項(xiàng)，故答案為B。3.（2021·浙江）制備苯甲酸甲酯的一種反應(yīng)機(jī)理如圖（其中Ph—代表苯基）。下列說法不正確的是（）A.可以用苯甲醛和甲醇為原料制備苯甲酸甲酯B.反應(yīng)過程涉及氧化反應(yīng)C.化合物3和4互為同分異構(gòu)體D.化合物1直接催化反應(yīng)的進(jìn)行【答案】D【解析】本題考查反應(yīng)歷程的判斷。由題圖可知，苯甲醛和甲醇參與催化循環(huán)，最終轉(zhuǎn)化為苯甲酸甲酯，A項(xiàng)正確；化合物4被氧化為化合物5，該反應(yīng)過程發(fā)生氧化反應(yīng)，B項(xiàng)正確；化合物3和4的分子式相同但結(jié)構(gòu)不同，二者互為同分異構(gòu)體，C項(xiàng)正確；化合物1在NaH作用下形成化合物2，化合物2再參與催化循環(huán)，因此化合物1間接催化反應(yīng)的進(jìn)行，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.（2021·新鄉(xiāng)一中高考名師押題卷）中科院大連化物所報(bào)道，通過控制光沉積的方法構(gòu)建型復(fù)合材料光催化劑，其中和滲透Nafion膜可協(xié)同分別反應(yīng)，構(gòu)建了一個(gè)人工光合作用體系，其反應(yīng)機(jī)理如圖。下列說法錯(cuò)誤的是()A.總反應(yīng)為B.該反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化形式為光能→化學(xué)能C.圖中a、b分別代表D.反應(yīng)過程中涉及非極性共價(jià)鍵、極性共價(jià)鍵的斷裂和形成【答案】D【解析】選項(xiàng)A，分析題圖知，總反應(yīng)為，A正確。選項(xiàng)B，由“人工光合作用體系”可知，該反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，B正確。選項(xiàng)C，觀察圖中變化知，b代表，用于氧化，a代表，用于還原，C正確。選項(xiàng)D，反應(yīng)過程中不涉及非極性共價(jià)鍵的斷裂，D錯(cuò)誤。5.（2021·廣東上學(xué)期12月綜合能力測試）利用與丙烷反應(yīng)生成丙烯和水蒸氣的反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．是還原劑 B．作催化劑C．是反應(yīng)的中間體 D．增大壓強(qiáng)有利于提高的轉(zhuǎn)化率【答案】D【解析】A.中C元素化合價(jià)升高，是還原劑，故A正確；B.根據(jù)圖示，CrO3循環(huán)利用，作催化劑，故B正確；C.被還原成，又被氧化為，所以是反應(yīng)的中間體，故C正確；D.反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體系數(shù)和相等，增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤6.（2022·太原五中四模）含硫煤燃燒會(huì)產(chǎn)生大氣污染物，為防治該污染，某工廠設(shè)計(jì)了新的治污方法，同時(shí)可得到化工產(chǎn)品，該工藝流程如圖所示，下列敘述不正確的是()A.該過程中可得到化工產(chǎn)品B.該工藝流程的目的是除去煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的C.該過程中化合價(jià)發(fā)生改變的元素只有Fe和SD.圖中涉及的反應(yīng)之一為【答案】C【解析】根據(jù)工藝流程圖可知，該過程中溶液吸收生成和，反應(yīng)的化學(xué)方程式為，該工藝不僅吸收了二氧化硫，還得到了化工產(chǎn)品硫酸，A、D正確；根據(jù)A中分析可知該工藝流程的目的是除去煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的，B正確；該過程中化合價(jià)發(fā)生變化的元素有氧、鐵、硫，C錯(cuò)誤。7.（2022·山東泰安十九中高三上學(xué)期階段性監(jiān)測）多相催化反應(yīng)是在催化劑表面通過吸附、解吸過程進(jìn)行的。如圖，我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)T°C時(shí)，甲醇在銅基催化劑上的反應(yīng)機(jī)理如下(該反應(yīng)為可逆反應(yīng))：下列有關(guān)說法正確的是()A.反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ相比，反應(yīng)Ⅱ更容易發(fā)生B.反應(yīng)ⅠC.通過控制催化劑的用量可以控制反應(yīng)的速率和反應(yīng)進(jìn)行的程度D.與在高溫條件下更容易反應(yīng)【答案】AD【解析】略8.（2021·山東臨沂費(fèi)縣高三適應(yīng)性考試）氯代叔丁烷[(CH3)3C—Cl]的水解反應(yīng)進(jìn)程與能量的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（）A．氯代叔丁烷水解的正反應(yīng)活化能大于逆反應(yīng)活化能B．化學(xué)鍵發(fā)生異裂時(shí)，可以產(chǎn)生正、負(fù)離子C．H2O分子親核進(jìn)攻碳正離子時(shí)吸收