2023屆高考化學(xué)反應(yīng)歷程分析與反應(yīng)熱計(jì)算

PART1專題

高考化學(xué)反應(yīng)歷程分析與反應(yīng)熱計(jì)算高頻考向探究命題考向追蹤教師備用習(xí)題特色分析思維模型新信息綜合應(yīng)用考查分子模型與機(jī)理圖結(jié)合的分析、能量變化與反應(yīng)歷程圖結(jié)合的分析、流程型信息的分析與判斷三個(gè)方面。通過機(jī)理圖形信息、流程型信息的分析與判斷,培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心并積極參與和化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題的討論,體現(xiàn)學(xué)以致用的原則,提升科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)高頻考向探究考向一機(jī)理圖型信息的分析與判斷1.機(jī)理圖與分子模型結(jié)合題的一般解法(1)認(rèn)真審題,獲取信息。通過對(duì)自然界、生產(chǎn)和生活中的化學(xué)現(xiàn)象的觀察,以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)物、模型的觀察,獲取有關(guān)的感性知識(shí)和印象,并進(jìn)行初步加工、吸收、有序存儲(chǔ),從中找到與問題相關(guān)的有效信息。(2)聯(lián)系已知,合理解讀。從提供的新信息中,準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容,并與已知知識(shí)整合,重組為新知識(shí)。(3)對(duì)照選項(xiàng),聯(lián)想遷移。逐一分析各選項(xiàng),找到要考查的知識(shí)點(diǎn),結(jié)合知識(shí)融合加以聯(lián)想和遷移,從而使問題迎刃而解。【示例分析1】我國在CO2催化加氫制取汽油方面取得突破性進(jìn)展,CO2轉(zhuǎn)化過程示意圖如下。高頻考向探究高頻考向探究

信息解讀反應(yīng)①實(shí)質(zhì)為CO2和H2反應(yīng)生成CO,據(jù)原子守恒產(chǎn)物中還有

反應(yīng)②從化學(xué)鍵角度分析,不僅有碳碳鍵形成,還有

形成

反應(yīng)③據(jù)原子守恒產(chǎn)物中還有反應(yīng)物

其他汽油主要是

的烴類混合物;圖中a的名稱是

水碳?xì)滏IH2C5~C112-甲基丁烷2.能量變化與反應(yīng)歷程圖解題策略(1)正確理解催化劑①一般不特殊指出均指正催化劑,催化劑改變反應(yīng)速率,是由于改變了反應(yīng)途徑,降低了反應(yīng)的活化能;②催化劑不能改變平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)的反應(yīng)熱;③催化劑需要合適的溫度:溫度過低,活性低;溫度過高,催化劑可能失活。高頻考向探究(2)反應(yīng)歷程圖的信息理解①反應(yīng)歷程圖中,從低能態(tài)“爬坡”到高能態(tài)均為一次能壘,這個(gè)能壘就是活化能,通過兩者相對(duì)能量可計(jì)算活化能;②一般而言,活化能低,反應(yīng)速率快(類似加入催化劑,降低活化能,反應(yīng)速率加快),為快反應(yīng),反之為慢反應(yīng);整個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率由慢反應(yīng)決定,反應(yīng)歷程圖中的最高能壘步驟,即反應(yīng)過程中活化能最高步驟,決定了整個(gè)反應(yīng)過程的反應(yīng)速率,稱為決速步(速控步)。高頻考向探究【示例分析2】

2019年9月,我國科研人員研制出Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑,其中Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示,其中吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。高頻考向探究高頻考向探究

信息解讀高溫區(qū)過程

①為催化劑吸附N2的過程,②為形成過渡態(tài)的過程,③為*N2解離為*N的過程,以上都需要在高溫時(shí)進(jìn)行,目的是

低溫區(qū)過程

④為氮原子的轉(zhuǎn)移,⑤為化學(xué)鍵的生成,需要低溫條件,目的是增大氨的

其他該歷程中能量變化最大的是

eV,

氮氮三鍵的斷裂;過程④完成了N原子由

區(qū)域向

區(qū)域傳遞;使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨,

改變合成氨反應(yīng)的反應(yīng)熱

加快反應(yīng)速率平衡產(chǎn)率2.46沒有FeTi-H不會(huì)例1[2020·全國卷Ⅰ]銠的配合物離子[Rh(CO)2I2]-可催化甲醇羰基化,反應(yīng)過程如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.CH3COI是反應(yīng)中間體B.甲醇羰基化反應(yīng)為CH3OH+COCH3CO2HC.反應(yīng)過程中Rh的成鍵數(shù)目保持不變D.存在反應(yīng)CH3OH+HICH3I+H2OC

高頻考向探究[解析]根據(jù)題干信息和催化反應(yīng)的過程可知,CH3COOH是反應(yīng)產(chǎn)物,CH3COI是中間產(chǎn)物,A項(xiàng)正確;甲醇的羰基化反應(yīng)為CH3OH+COCH3COOH,B項(xiàng)正確;從催化反應(yīng)過程可以看出,Rh的成鍵數(shù)有4、5、6三種,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,存在反應(yīng)CH3OH+HICH3I+H2O,D項(xiàng)正確。高頻考向探究變式1我國科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機(jī)理,其主反應(yīng)歷程如圖所示(H2H+*H)。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.向該反應(yīng)體系中加入少量的水能增加甲醇的產(chǎn)率B.帶*標(biāo)記的物質(zhì)是該反應(yīng)歷程中的中間產(chǎn)物C.二氧化碳加氫制甲醇的過程中原子利用率達(dá)100%D.第③步的反應(yīng)式為*H3CO+H2OCH3OH+*HOC高頻考向探究[解析]反應(yīng)歷程第③步需要水,所以向該反應(yīng)體系中加入少量的水能增加甲醇的產(chǎn)率,故A正確;根據(jù)圖知,帶*標(biāo)記的物質(zhì)在反應(yīng)過程中最終被消耗,所以帶*標(biāo)記的物質(zhì)是該反應(yīng)歷程中的中間產(chǎn)物,故B正確;高頻考向探究根據(jù)圖知,二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇和水,該反應(yīng)中除了生成甲醇外還生成水,所以二氧化碳加氫制甲醇的過程中原子利用率不是100%,故C錯(cuò)誤;根據(jù)圖中信息得到第③步的反應(yīng)式為*H3CO+H2OCH3OH+*HO,故D正確。高頻考向探究變式2我國科研工作者構(gòu)建了一種在反應(yīng)過程中能同時(shí)活化水和甲醇的雙功能結(jié)構(gòu)催化劑,用以實(shí)現(xiàn)氫氣的高效存儲(chǔ)和安全運(yùn)輸。圖是甲醇脫氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)歷程(TS表示過渡態(tài))。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.CH3OH的脫氫反應(yīng)是分步進(jìn)行的B.甲醇脫氫反應(yīng)歷程的最大能壘(活化能)是1.30eVC.甲醇脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵有C—H和O—HD.該催化劑的研發(fā)為醇類重整產(chǎn)氫的工業(yè)應(yīng)用提供了思路B高頻考向探究[解析]從圖示看出,CH3OH的脫氫反應(yīng)是分步進(jìn)行的,A正確;能壘是發(fā)生某步反應(yīng)需要克服的能量,B錯(cuò)誤;該歷程由CH3OH(g)→CO(g)+4H,斷裂的化學(xué)鍵為C—H和O—H,C正確;該催化劑的成功研發(fā),對(duì)工業(yè)上的醇類重整產(chǎn)氫有重要的啟示,對(duì)促進(jìn)我國制氫工業(yè)的節(jié)能減排和氫能升級(jí)提供了思路,D正確。高頻考向探究考向二反應(yīng)熱計(jì)算高頻考向探究一、反應(yīng)熱計(jì)算的四種方法

二、反應(yīng)熱計(jì)算?？键c(diǎn)拆解分析1.利用鍵能計(jì)算反應(yīng)熱熟記公式:ΔH=E1(反應(yīng)物的鍵能總和)-E2(生成物的鍵能總和),關(guān)鍵在確定化學(xué)鍵的數(shù)目。高頻考向探究6mol2mol12mol4mol2mol6mol1mol4mol【示例分析1】(1)反應(yīng)“2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH”中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表:則ΔH=

kJ·mol-1。

高頻考向探究化學(xué)鍵C—OH—O(水)H—O(醇)C—HE/(kJ·mol-1)343465453413-24(2)已知:3H2(g)+N2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1

計(jì)算斷裂1molN≡N需要消耗能量

kJ。

高頻考向探究946高頻考向探究

(1)(2)公式

ΔH=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和物質(zhì)組成分析

2molCH3OH中含有

C—H、2molC—O、2molH—O(醇);1molCH3OCH3中含有6molC—H、

C—O;1molH2O中含有

H—O(水)

斷裂1molN≡N和

H—H,形成

N—H

6mol2mol2mol3mol6mol高頻考向探究

(1)(2)計(jì)算過程

ΔH=(413×6+453×2+343×2)kJ·mol-1-(413×6+343×2+465×2)kJ·mol-1=

kJ·mol-1

E(N≡N)+3E(H—H)-6E(N—H)=-92.4kJ·mol-1,則E(N≡N)=1173.2kJ·mol-1×2-436kJ·mol-1×3-92.4kJ·mol-1=

kJ·mol-1

（續(xù)表）-249462.應(yīng)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱高頻考向探究【示例分析2】(ⅰ)①2O2(g)+N2(g)N2O4(l)

ΔH1②N2(g)+2H2(g)N2H4(l)

ΔH2③O2(g)+2H2(g)2H2O(g)

ΔH3④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)

ΔH4上述反應(yīng)熱之間的關(guān)系式為ΔH4=

。

高頻考向探究2ΔH3-2ΔH2-ΔH1(ⅱ)已知:①Fe2+(aq)-e-Fe3+(aq)ΔH1=akJ·mol-1②O2(g)+4e-+4H+(aq)2H2O(l)ΔH2=bkJ·mol-1則FeSO4在酸性溶液中變質(zhì)的熱化學(xué)方程式為

。4Fe2+(aq)+O2(g)+4H+(aq)4Fe3+(aq)+2H2O(l)

ΔH=(4a+b)kJ·mol-1高頻考向探究

(ⅰ)(ⅱ)物質(zhì)及關(guān)聯(lián)反應(yīng)

N2H4關(guān)聯(lián)反應(yīng)②,有“-2ΔH2”;N2O4關(guān)聯(lián)反應(yīng)①,有“

”;H2O關(guān)聯(lián)反應(yīng)③,有“

”

反應(yīng)為4Fe2+(aq)+O2(g)+4H+(aq)4Fe3+(aq)+2H2O(l),Fe2+關(guān)聯(lián)反應(yīng)①,有“

”;O2關(guān)聯(lián)反應(yīng)②,有“

”

計(jì)算過程

ΔH4=

ΔH=

=_______

kJ·mol-1

-ΔH1高頻考向探究2ΔH32ΔH3-2ΔH2-ΔH14ΔH1ΔH24ΔH1+ΔH2(4a+b)

B

高頻考向探究

高頻考向探究

CD高頻考向探究

高頻考向探究命題考向追蹤1.[2020·全國卷Ⅱ]據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道:Fe(CO)5催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.OH-參與了該催化循環(huán)B.該反應(yīng)可產(chǎn)生清潔燃料H2C.該反應(yīng)可消耗溫室氣體CO2D.該催化循環(huán)中Fe的成鍵數(shù)目發(fā)生變化C

命題考向追蹤[解析]根據(jù)圖示可知OH-參與了反應(yīng)但后期又生成了OH-,A選項(xiàng)正確;根據(jù)圖示,可以得出Fe(CO)5所催化的反應(yīng)為CO+H2OCO2+H2,反應(yīng)過程中可以生成清潔燃料H2,B選項(xiàng)正確;反應(yīng)過程中不會(huì)消耗CO2反而會(huì)生成CO2,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;該催化循環(huán)過程中,Fe的成鍵數(shù)目分別有4、5、6,數(shù)目發(fā)生了變化,D選項(xiàng)正確。

B

命題考向追蹤命題考向追蹤

3.[2020·天津卷]理論研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)HNC(g)異構(gòu)化反應(yīng)過程的能量變化如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.HCN比HNC穩(wěn)定B.該異構(gòu)化反應(yīng)的ΔH=+59.3kJ·mol-1C.正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能D.使用催化劑,可以改變反應(yīng)的反應(yīng)熱D

命題考向追蹤命題考向追蹤[解析]HNC的能量比HCN高,穩(wěn)定性較好的是HCN,A項(xiàng)正確;該異構(gòu)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能,B、C項(xiàng)正確;使用催化劑只能改變反應(yīng)的活化能,不影響反應(yīng)的反應(yīng)熱,D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.[2020·浙江7月選考節(jié)選]研究CO2氧化C2H6制C2H4對(duì)資源綜合利用有重要意義。相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有:Ⅰ

C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)

ΔH1=136kJ·mol-1Ⅱ

C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)

ΔH2=177kJ·mol-1Ⅲ

C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)

ΔH3Ⅳ

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH4=41kJ·mol-1命題考向追蹤已知:298K時(shí),相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量(如圖)?？筛鶕?jù)相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量計(jì)算反應(yīng)或變化的ΔH(ΔH隨溫度變化可忽略)。例如:H2O(g)H2O(l)

ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。命題考向追蹤請(qǐng)回答:(1)根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量計(jì)算ΔH3=

kJ·mol-1。

430命題考向追蹤[解析]

(1)ΔH3=生成物總能量-反應(yīng)物總能量=(-110kJ·mol-1×4+0kJ·mol-1×3)-[-84kJ·mol-1+(-393kJ·mol-1×2)]=430kJ·mol-1。命題考向追蹤Ⅱ

C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)

ΔH2=177kJ·mol-1(2)有研究表明,在催化劑存在下,反應(yīng)

Ⅱ

分兩步進(jìn)行,過程如下:[C2H6(g)+CO2(g)][C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)][C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)],且第二步速率較慢(反應(yīng)活化能為210kJ·mol-1)。根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量,畫出反應(yīng)Ⅱ分兩步進(jìn)行的“能量-反應(yīng)過程圖”,起點(diǎn)從[C2H6(g)+CO2(g)]的能量-477kJ·mol-1開始(如圖)。命題考向追蹤[答案]命題考向追蹤[解析](2)第一步為C2H6(g)C2H4(g)+H2(g),第二步為H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g),由反應(yīng)Ⅰ、Ⅳ可知兩步均為吸熱反應(yīng),生成物總能量高于反應(yīng)物總能量,反應(yīng)Ⅰ的ΔH1=136kJ·mol-1,故第一步的生成物總能量為-341kJ·mol-1,因?yàn)榈诙剿俾瘦^慢,故第一步活化能小于第二步,活化能小于210kJ·mol-1,第二步反應(yīng)的活化能為210kJ·mol-1,再結(jié)合反應(yīng)Ⅳ的ΔH4,可知生成物總能量為-