2023年高考化学二轮复习《反应速率、活化能和催化机理》

2023届高考化学二轮复习反应速率、活化能和催化机理（动力学）资料：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三个角度认知速率——燃料电池H2在O2中的燃烧H2和O2可以共存吗？氢氧燃料电池三个角度认知速率——燃料电池能溶解气体的金属：钯和铂银白色的钯(Palladium)和铂(Platinum),它们的化学性质稳定，在空气中不易被氧化，然而它们却是抓气体的“能手”。据试验，在常温下钯片能吸收比它体积大700倍的氢气。钯不仅能吸收氢气，还能吸收氧气、氮气、乙烯等许多气体。粉末状的铂在常温下溶解氢气的能力虽然比钯差一些，但是溶解氧气的能力却比钯强。X射线研究表明，当氢气溶解到钯中以后，钯的晶格就胀大了，当钯中的氢气浓度大到某一程度,钯的晶格会转变成另一种更疏松的形式，可见钯的这种性质与它的结构是有关的。根据钯和铂的这一奇妙的性质，它们在化学工业上常用作催化剂。例如，在钯的催化下，液态的油脂可以加氢变成固态;在铂粉的催化下，常温时氢、氧就会爆炸发生化合。目前，虽然还没有彻底弄清钯和铂的催化原理，但是，人们认为这与它们能大量溶解气体的性质有关。因为大量溶解了气体,等于把气体浓缩了，这样就增加了气体分子相互发生碰撞进行反应的机会。三个角度认知速率——燃料电池自由基：活性强，寿命短！若无催化剂存在，体系中没有引发反应的H·，该反应则慢得测不出其速率。温度700℃，氢气在催化剂的催化作用下生成H·，而一个H·通过与其他分子反应，在0.3s内就可以产生1015个H·三个角度认知速率——速率方程特别说明：速率方程是由实验数据测定的结果，与化学方程式无确定的关系v=kc(H2O2)c(HI)式中比例系数k为反应速率常数,与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常k越大,反应进行得越快。瑞典物理化学家1859年~1927年三个角度认知速率——速率方程放热反应为例温度对吸热方向影响大！升高温度：反应向吸热方向进行降低温度：反应向放热方向进行三个角度认知速率——速率方程催化剂和温度时改变速率的主要因素非基元反应中，活化能大的步骤为绝速步骤！在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H+被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为_______(用a、b、c字母排序)。2022河北高考三个角度认知速率——速率的影响因素三个角度认知速率——速率的影响因素反应中催化剂话性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：2021年全国II卷积碳反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol−1)75172活化能/(kJ·mol−1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是____________________________________________。在反应进料气组成、压强及反应时同相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________填标号）A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加

C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大催化剂Y积碳反应活化能大，反应速率小；而消碳反应的活化能较小，反应速率快。AD2021年全国II卷在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方v=k·p(CH4)·（k为速率常数）。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_____________。pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)真实情境——多样速率方程真实情境——多样速率方程（3）在温度为T2时，通入气体分压比为p(C3H8)：p(O2)：p(N2)=10：5：85的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0～1.2s生成C3H6的平均速率为__kPa·s-1；；在反应一段时间后，C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为_________________________________。（4）恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8)：p(O2)：p(N2)=2：13：85的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应(k，k′为速率常数)：反应Ⅱ：2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g)k反应Ⅲ：2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g)k′实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6)，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为______________________，其理由是________________________________________________。丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·mo1-1反应Ⅱ(氧化脱氢)：C3H8(g)+1/2O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)△H2=-118kJ·mo1-1（2022·湖北高考真题）氢气和丙烯都消耗氧气反应初期主要发生反应II，p(C3H8)逐渐减小，p(C3H6)逐渐增大，主要发生反应III，消耗为主，c(C3H6)逐渐减小(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：

。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图所示。曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是__________________________。2020新课标I卷真实情境——多样速率方程升高温度，k增大使ν逐渐提高，但是反应△H＜0，升高温度平衡逆移，平衡转化率下降即a值减小，速率减慢。当t＜tm时，温度对k影响是主要因素；当t＞tm时，温度对平衡转化率的影响是主要因素。(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4⇌C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：r=k×，其中k为反应速率常数。①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2=_____r1。②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_________。A．增加甲烷浓度，r增大

B．增加H2浓度，r增大C．乙烷的生成速率逐渐增大D．降低反应温度，k减小真实情境——多样速率方程2CH4⇌C2H6+H21-aAD真实情境——速率方程对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。大于1.3鲁科版P79页：从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量之比为1:3的平衡转化率最高。根据反应速率与参与反应的物质的浓度关系式分析，提高氢气的压强似乎更有利于提高合成氨反应的速率，但是，氮气在催化剂上的吸附分解为总反应中最慢的步骤，即这是影响反应速率的关键步骤。实验表明，适当提高氮气的比例，使氮气和氢气的物质的量之比为1:2.8时更能加快合成氨反应的进行。因此，选择合成氨生产的条件时，既不应片面地追求转化率，也不应只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用等问题。

工业生产的秘密武器——催化剂（提速）工业生产的秘密武器——催化剂（提速）催化合成氨历程图异相催化五个环节：扩散→吸附→表面反应→脱附→扩散问题1：N2:H2=1:2.8，氮气过量的原因分析？热力学原因：原料气中N2容易获得，适度过量有利于提高H2转化率动力学原因：N2在催化剂表面吸附是决速步骤，合理占据活性位点有利于提高整体反应速率。问题2：NH3浓度过大，为何反应速率减慢？热力学原因：浓度大，分压强；不利于反应正向进行。动力学原因：浓度大，不利于脱附和扩散，占据过多活性位点阻碍反应进行。利用NH3分子间氢键，可将其液化，从体系中不断的分离出去。问题3：为什么在周期表的过渡金属元素中寻找催化剂？物理吸附（分子间作用力）→化学吸附（化学键——催化剂表面活性中心与反应物分子）工业生产的秘密武器——催化剂（提速）2022原料气中N2的相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。工业生产的秘密武器——催化剂（提速）工业生产的秘密武器——催化剂（提速+选择性）流速=流量＋速度氢气流速过低氢气供给不足，二氧化碳转化率低，甲烷选择性差，不利于甲烷化反应；氢气流速过高，导致氢气停留的时间过段，与催化剂接触不充分，导致催化效果不佳，转化率和选择性降低。最高点是否为平衡态？抓主要矛盾，解决速率与平衡的“抛物线问题”最高点代表了什么含义？生产效率：速率与平衡的权衡碳酸钙与盐酸的反应生产效率：速率与平衡的权衡改编自2022年天津卷6题（1）反应在c点是否达到平衡状态？（2）反应物浓度：a点

b点（3）反应物的总能量

生成物的总能量抓主要矛盾，解决速率与平衡的“抛物线问题”不是大于大于抓主要矛盾，解决速率与平衡的“抛物线问题”生产效率：速率与平衡的权衡2022年江苏卷20题(4)问生产效率：速率与平衡的权衡（1）A~E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是

。（2）此可逆反应的正反应是

反应（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由。生产效率：速率与平衡的权衡探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：2022年山东新高考卷，18题（3）不同压强下，按照n（CO2）:n（H2）=1:3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图

（填“甲”或“乙”）；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是

。温度较低时，主要发生反应I和II，温度较高时主要发生反应III，且III为等体积反应，压强不影响平衡高考题如何实现碳中和探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇，还需要寻找氢源。如果选取常见的氢气