2023年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)《反應(yīng)速率、活化能和催化機(jī)理》

2023屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)反應(yīng)速率、活化能和催化機(jī)理（動(dòng)力學(xué)）資料：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Kθ(298K)=5.8×105△rGm(298K)=-32.8kJ·mol-1θCO(g)+NO(g)CO2(g)＋1/2N2(g)Kθ(298K)=2.5×1060△rGm(298K)=-344.8kJ·mol-1θH2(g)+1/2O2(g)H2O(g)△rGm(298K)=-228.59kJ·mol-1θ三個(gè)角度認(rèn)知速率——燃料電池H2在O2中的燃燒H2和O2可以共存嗎？氫氧燃料電池三個(gè)角度認(rèn)知速率——燃料電池能溶解氣體的金屬：鈀和鉑銀白色的鈀(Palladium)和鉑(Platinum),它們的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易被氧化，然而它們卻是抓氣體的“能手”。據(jù)試驗(yàn)，在常溫下鈀片能吸收比它體積大700倍的氫氣。鈀不僅能吸收氫氣，還能吸收氧氣、氮?dú)?、乙烯等許多氣體。粉末狀的鉑在常溫下溶解氫氣的能力雖然比鈀差一些，但是溶解氧氣的能力卻比鈀強(qiáng)。X射線研究表明，當(dāng)氫氣溶解到鈀中以后，鈀的晶格就脹大了，當(dāng)鈀中的氫氣濃度大到某一程度,鈀的晶格會(huì)轉(zhuǎn)變成另一種更疏松的形式，可見(jiàn)鈀的這種性質(zhì)與它的結(jié)構(gòu)是有關(guān)的。根據(jù)鈀和鉑的這一奇妙的性質(zhì)，它們?cè)诨瘜W(xué)工業(yè)上常用作催化劑。例如，在鈀的催化下，液態(tài)的油脂可以加氫變成固態(tài);在鉑粉的催化下，常溫時(shí)氫、氧就會(huì)爆炸發(fā)生化合。目前，雖然還沒(méi)有徹底弄清鈀和鉑的催化原理，但是，人們認(rèn)為這與它們能大量溶解氣體的性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)榇罅咳芙饬藲怏w,等于把氣體濃縮了，這樣就增加了氣體分子相互發(fā)生碰撞進(jìn)行反應(yīng)的機(jī)會(huì)。三個(gè)角度認(rèn)知速率——燃料電池自由基：活性強(qiáng)，壽命短！若無(wú)催化劑存在，體系中沒(méi)有引發(fā)反應(yīng)的H·，該反應(yīng)則慢得測(cè)不出其速率。溫度700℃，氫氣在催化劑的催化作用下生成H·，而一個(gè)H·通過(guò)與其他分子反應(yīng)，在0.3s內(nèi)就可以產(chǎn)生1015個(gè)H·三個(gè)角度認(rèn)知速率——速率方程特別說(shuō)明：速率方程是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的結(jié)果，與化學(xué)方程式無(wú)確定的關(guān)系v=kc(H2O2)c(HI)式中比例系數(shù)k為反應(yīng)速率常數(shù),與濃度無(wú)關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。通常k越大,反應(yīng)進(jìn)行得越快。瑞典物理化學(xué)家1859年~1927年三個(gè)角度認(rèn)知速率——速率方程放熱反應(yīng)為例溫度對(duì)吸熱方向影響大！升高溫度：反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行降低溫度：反應(yīng)向放熱方向進(jìn)行三個(gè)角度認(rèn)知速率——速率方程催化劑和溫度時(shí)改變速率的主要因素非基元反應(yīng)中，活化能大的步驟為絕速步驟！在電解質(zhì)水溶液中，三種不同催化劑(a、b、c)上CO2電還原為CO的反應(yīng)進(jìn)程中(H+被還原為H2的反應(yīng)可同時(shí)發(fā)生)，相對(duì)能量變化如圖.由此判斷，CO2電還原為CO從易到難的順序?yàn)開(kāi)______(用a、b、c字母排序)。2022河北高考三個(gè)角度認(rèn)知速率——速率的影響因素三個(gè)角度認(rèn)知速率——速率的影響因素反應(yīng)中催化劑話性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：2021年全國(guó)II卷積碳反應(yīng)CH4(g)=C(s)+2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol?1)75172活化能/(kJ·mol?1)催化劑X3391催化劑Y4372①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是____________________________________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)同相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是________填標(biāo)號(hào)）A．K積、K消均增加B．v積減小，v消增加

C．K積減小，K消增加D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大催化劑Y積碳反應(yīng)活化能大，反應(yīng)速率小；而消碳反應(yīng)的活化能較小，反應(yīng)速率快。AD2021年全國(guó)II卷在一定溫度下，測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方v=k·p(CH4)·（k為速率常數(shù)）。在p(CH4)一定時(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開(kāi)____________。pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)真實(shí)情境——多樣速率方程真實(shí)情境——多樣速率方程（3）在溫度為T2時(shí)，通入氣體分壓比為p(C3H8)：p(O2)：p(N2)=10：5：85的混合氣體，各組分氣體的分壓隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖b所示。0～1.2s生成C3H6的平均速率為_(kāi)_kPa·s-1；；在反應(yīng)一段時(shí)間后，C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因?yàn)開(kāi)________________________________。（4）恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C3H8)：p(O2)：p(N2)=2：13：85的混合氣體，已知某反應(yīng)條件下只發(fā)生如下反應(yīng)(k，k′為速率常數(shù))：反應(yīng)Ⅱ：2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g)k反應(yīng)Ⅲ：2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g)k′實(shí)驗(yàn)測(cè)得丙烯的凈生成速率方程為v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6)，可推測(cè)丙烯的濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)為_(kāi)_____________________，其理由是________________________________________________。丙烯是一種重要的化工原料，可以在催化劑作用下，由丙烷直接脫氫或氧化脫氫制備。反應(yīng)Ⅰ(直接脫氫)：C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·mo1-1反應(yīng)Ⅱ(氧化脫氫)：C3H8(g)+1/2O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)△H2=-118kJ·mo1-1（2022·湖北高考真題）氫氣和丙烯都消耗氧氣反應(yīng)初期主要發(fā)生反應(yīng)II，p(C3H8)逐漸減小，p(C3H6)逐漸增大，主要發(fā)生反應(yīng)III，消耗為主，c(C3H6)逐漸減小(4)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為：

。式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率，α'為某時(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α'=0.90時(shí)，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲線，如圖所示。曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α'下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時(shí)，v逐漸提高；t>tm后，v逐漸下降。原因是__________________________。2020新課標(biāo)I卷真實(shí)情境——多樣速率方程升高溫度，k增大使ν逐漸提高，但是反應(yīng)△H＜0，升高溫度平衡逆移，平衡轉(zhuǎn)化率下降即a值減小，速率減慢。當(dāng)t＜tm時(shí)，溫度對(duì)k影響是主要因素；當(dāng)t＞tm時(shí)，溫度對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響是主要因素。(2)高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：2CH4?C2H6+H2。反應(yīng)在初期階段的速率方程為：r=k×，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。①設(shè)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的反應(yīng)速率為r1，甲烷的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為r2，則r2=_____r1。②對(duì)于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是_________。A．增加甲烷濃度，r增大

B．增加H2濃度，r增大C．乙烷的生成速率逐漸增大D．降低反應(yīng)溫度，k減小真實(shí)情境——多樣速率方程2CH4?C2H6+H21-aAD真實(shí)情境——速率方程對(duì)于反應(yīng)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂催化劑，在323K和343K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示。大于1.3魯科版P79頁(yè)：從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1:3的平衡轉(zhuǎn)化率最高。根據(jù)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度關(guān)系式分析，提高氫氣的壓強(qiáng)似乎更有利于提高合成氨反應(yīng)的速率，但是，氮?dú)庠诖呋瘎┥系奈椒纸鉃榭偡磻?yīng)中最慢的步驟，即這是影響反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)提高氮?dú)獾谋壤沟獨(dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1:2.8時(shí)更能加快合成氨反應(yīng)的進(jìn)行。因此，選擇合成氨生產(chǎn)的條件時(shí)，既不應(yīng)片面地追求轉(zhuǎn)化率，也不應(yīng)只追求高反應(yīng)速率，而應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲取適當(dāng)轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣（氮?dú)夂蜌錃猓┑难h(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問(wèn)題。

工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器——催化劑（提速）工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器——催化劑（提速）催化合成氨歷程圖異相催化五個(gè)環(huán)節(jié)：擴(kuò)散→吸附→表面反應(yīng)→脫附→擴(kuò)散問(wèn)題1：N2:H2=1:2.8，氮?dú)膺^(guò)量的原因分析？熱力學(xué)原因：原料氣中N2容易獲得，適度過(guò)量有利于提高H2轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)原因：N2在催化劑表面吸附是決速步驟，合理占據(jù)活性位點(diǎn)有利于提高整體反應(yīng)速率。問(wèn)題2：NH3濃度過(guò)大，為何反應(yīng)速率減慢？熱力學(xué)原因：濃度大，分壓強(qiáng)；不利于反應(yīng)正向進(jìn)行。動(dòng)力學(xué)原因：濃度大，不利于脫附和擴(kuò)散，占據(jù)過(guò)多活性位點(diǎn)阻礙反應(yīng)進(jìn)行。利用NH3分子間氫鍵，可將其液化，從體系中不斷的分離出去。問(wèn)題3：為什么在周期表的過(guò)渡金屬元素中尋找催化劑？物理吸附（分子間作用力）→化學(xué)吸附（化學(xué)鍵——催化劑表面活性中心與反應(yīng)物分子）工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器——催化劑（提速）2022原料氣中N2的相對(duì)易得，適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率。工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器——催化劑（提速）工業(yè)生產(chǎn)的秘密武器——催化劑（提速+選擇性）流速=流量＋速度氫氣流速過(guò)低氫氣供給不足，二氧化碳轉(zhuǎn)化率低，甲烷選擇性差，不利于甲烷化反應(yīng)；氫氣流速過(guò)高，導(dǎo)致氫氣停留的時(shí)間過(guò)段，與催化劑接觸不充分，導(dǎo)致催化效果不佳，轉(zhuǎn)化率和選擇性降低。最高點(diǎn)是否為平衡態(tài)？抓主要矛盾，解決速率與平衡的“拋物線問(wèn)題”最高點(diǎn)代表了什么含義？生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡碳酸鈣與鹽酸的反應(yīng)生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡改編自2022年天津卷6題（1）反應(yīng)在c點(diǎn)是否達(dá)到平衡狀態(tài)？（2）反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)

b點(diǎn)（3）反應(yīng)物的總能量

生成物的總能量抓主要矛盾，解決速率與平衡的“拋物線問(wèn)題”不是大于大于抓主要矛盾，解決速率與平衡的“拋物線問(wèn)題”生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡2022年江蘇卷20題(4)問(wèn)生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡（1）A~E五點(diǎn)中，尚未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的點(diǎn)是

。（2）此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是

反應(yīng)（3）AC段的曲線是增函數(shù)，CE段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和平衡角度說(shuō)明理由。生產(chǎn)效率：速率與平衡的權(quán)衡探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：2022年山東新高考卷，18題（3）不同壓強(qiáng)下，按照n（CO2）:n（H2）=1:3投料，實(shí)驗(yàn)測(cè)定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖

（填“甲”或“乙”）；壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)?；圖乙中T1溫度時(shí)，三條曲線幾乎交于一點(diǎn)的原因是

。溫度較低時(shí)，主要發(fā)生反應(yīng)I和II，溫度較高時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)III，且III為等體積反應(yīng)，壓強(qiáng)不影響平衡高考題如何實(shí)現(xiàn)碳中和探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇，還需要尋找氫源。如果選取常見(jiàn)的氫氣