高考化学催化剂的反应机理与能垒图像、速率常数k与分压常数Kp、工业生产中的化学平衡图像分析（2022-2023）

1、催化剂的反应机理与能垒图像新高考强调素养为本的情境化命题，高考通过真实情境的创设，考查学生的信息获取能力和创新思维。近几年高考常以催化剂的催化反应机理(2021年浙江卷第24题、2021年福建卷第9题等)和能垒图像(2021年山东卷第14题、2021年湖北卷第12题等)为情境载体进行命题。这两类命题，由于陌生度高，思维转化大，且命题视角在不断的创新和发展(如2021年湖南卷第14题)，成为大多数考生的失分点。所以，很有必要对这两类题型进行专题指导。答案：D答案：C答案：B答案：C提能点(一)催化剂的反应机理分析1催化剂的“四能”“四不能”催化剂为通过参与化学反应，改变反应历程，从而降低活化能，

2、加快反应速率，缩短到达平衡所需时间，但反应前后其质量和化学性质不变的物质。2催化反应机理的图像分析循环模型微观原子模型确定物质的方法进入机理的箭头为反应物，离开机理的箭头为生成物；生成最终产物的步骤同样生成催化剂，其余为中间产物 典例(2021年8省联考湖北卷)最新文献报道，有机小分子可催化多氟芳烃的取代反应，机理如图所示。答案C 思维建模催化反应机理的分析思维模型答案： C2(2021年8省联考湖南卷)据文献报道，某反应的反应历程如图所示：答案：A答案：(1)ABCDE(2)6.4放热1.912.022.02思维建模三步突破能量变化能垒图答案：D2Sheth等得出乙炔在Pd表面选择加氢的反应

3、机理(如图)。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。“综合能力评价”见“综合能力评价（十七）” (单击进入电子文档)速率常数(k)与分压常数(Kp)在近两年全国各地新高考卷中，经常出现有关化学反应速率常数和压强平衡常数的计算问题。这类试题的陌生度高，计算量大，不少学生感觉到解题困难。现重点分析如何解答这类试题，旨在让学生学会类比迁移知识，解决陌生情境问题。答案：A答案：C实验编号起始浓度c/(molL1)生成N2的起始反应速率v/(molL1s1)NOH2a6.001031.001033.18103b6.001032.001036.36103c1.001036.001030.53103d3.00

4、1036.001034.77103(1)该反应的速率方程为_(速率常数用k表示，不必求出k值)。(2)实验d测得体系的总压强p随时间t的变化如表所示。t/min010203040p/kPa3633.83230.430.4答案：(1)vkc(H2)c2(NO)(2)163.532104 模板2：注意利用分压px求Kp时，要注意恒容条件下的总压变化。典例FDaniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示t时，N2O5(g)完全分解：t/min040801602601 3001 700

5、p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1思维建模Kp的一般思路第一步根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度第二步计算各气体组分的物质的量分数或体积分数第三步根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压气体总压强该气体的体积分数(或物质的量分数)第四步根据平衡常数计算公式代入计算(列出计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。工业生产中的化学平衡图像分析在工业生产过程中，如何提升原料利用率、降低化学反应条件、提高产物的产率等是化学工作者研究的重要课题。命题者往往根据实际工业生产、结合图像，从分析投料比、转化率、产

6、率等角度来命题。此类题目的信息量大，能充分考查学生读图、提取信息、解决实际问题的能力，此类试题成为高考命题的“新宠”。2(2021山东等级考)2甲氧基2甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：一、图像解读的关注点和思维趋向1捕捉图像最基本的信息(1)横坐标与纵坐标的含义横坐标：通常是t、T、p等(即时间、温度、压强等)。纵坐标：通常是v、c、n、等(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数等)。(2)线的走向与斜率线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大、变小、还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如速率

7、、物质的量浓度、物质的量、转化率或体积分数等不随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达化学平衡状态。斜率，是化学平衡图像曲线中一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。(3)观察化学平衡图像中的“重点”所谓的“重点”，指的就是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。(4)跟踪化学平衡图像中量的变化量的变化，指的是纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起

8、的。要解决这个问题，我们经常要借助化学平衡移动理论。2灵活运用解题技巧先拐先平在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂定一议二勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系二、熟练掌握三类常规图像的分析方法类型(一)用先拐先平解决单一变量的平衡图像1“转化率时间”四种图像P一定时，HpqT一定时，mnpq，H0mnpq，Hpq，H0mn0续表2解答这类图像题时应运用“定一议二”原则通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间

9、的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论答案：A类型(三)反应过程中特定组分的含量变化答案：(1)KcKd(3)T3T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获三、化工生产中的

10、复杂图像分析(一)关注4类常考图像往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。 关注点1曲线上的每个点是否都达到平衡关注点2催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。 如以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。则根据两条曲线可以判断涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，250300 时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 时，催化剂的催化效率降低。(二)建立平衡图像题两步解题流程第一步：通过读图识图获取有用信息在依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像的基础上，还需要进行如下思考：明标在明确横、纵坐标含义的基础上，用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再联想相应的已学化学知识找点在找出曲线