例析反應歷程類試題的解題方法

■河南省鄢陵縣第一高級中學 馮存良

化學反應歷程類試題經常會給出一些新信息,需要考生分析新信息中的反應機理,并在題目中對給予的信息進行整理利用,從而考查考生自學能力與分析推理能力。此類試題綜合性強,難度中等,考查的核心素養以證據推理與模型認知和宏觀辨識與微觀探析為主,對考生能力要求較高。在備考時,可有意識地進行一些陌生“反應機理”題的訓練,提升自己“挖掘反應機理的隱含信息,準確提取反應實質”的能力,也可以減少考場中的陌生度,增強自信心。

題型一:與催化有關的反應歷程類試題

例1研究發現Pd2團簇可催化CO的氧化,在催化過程中路徑不同可能生成不同的過渡態和中間產物(過渡態已標出),圖1所示為路徑1和路徑2催化的能量變化。下列說法錯誤的是( )。

圖1

A.CO的催化氧化反應為2CO+O2＝＝2CO2

B.反應路徑1的催化效果更好

C.路徑1和路徑2第一步能量變化都為3.22 eV

D.路徑1中最大能壘(活化能)E正=1.77 eV

解析:由圖可知,CO在Pd2催化作用下與氧氣反應產生CO2,反應的化學方程式為2CO+O2＝＝2CO2,A項正確。由圖可知,反應路徑2所需總的活化能比反應路徑1低,反應路徑2的催化效果更好,B項錯誤。反應路徑1和反應路徑2的第一步能量變化均為3.22 eV,C項正確?；罨苤赋B變為容易發生化學反應的活躍狀態即過渡態所需要的能量,故路徑1中最大能壘(活化能)E正=-3.96 eV-(-5.73 eV)=1.77 eV,D項正確。

答案:B

【解題指導】催化機理類歷程圖解題方法如下。

1.明確反應物與生成物。解析這類題圖時,首先明確催化劑的作用:降低活化能,加快反應速率,而不改變反應物與生成物的能量。

2.明確催化劑和中間產物。最重要的是厘清反應途徑,結合催化劑的反應機理,找出活化能降低的路徑,再從圖示中分析出若干個反應,通過分步反應區分出哪些是參與反應但反應前后沒有改變的,即為催化劑;哪些是反應歷程中新生成的,且是后續反應的反應物,即為中間產物。

3.得出總反應。依據質量守恒定律,確定反應物與生成物后配平方程式,寫出總反應,同時標出催化劑和反應條件。

題型二:循環體系的反應歷程類試題

例2我國科學家研究了活性炭催化條件下煤氣中的H2S和Hg的協同脫除,部分反應機理如下頁圖2所示(吸附在催化劑表面的物種用*標注)。有關該過程的敘述錯誤的是( )。

圖2

A.產生清潔燃料H2

B.H2S脫除率不是100%

C.H2S只被氧化

D.催化劑表面發生了極性共價鍵的斷裂

解析:由機理圖可知,H2S被吸附在催化劑活潑炭表面形成H原子,H原子與H原子成鍵生成清潔燃料H2,A項正確。由機理圖可知,H2S分解產生的H2和S會再次生成部分H2S,故H2S脫除率小于100%,B項正確。由機理圖可知,H2S在催化過程中形成了SO2、單質S、CS2和H2,S元素化合價升高被氧化,H元素化合價降低被還原,則H2S既被氧化又被還原,C項錯誤。H2S被吸附在催化劑活潑炭表面形成H原子和S原子,斷裂的H—S鍵是極性共價鍵,D項正確。

答案:C

【解題指導】循環體系類歷程圖解題方法如下。

1.明確反應物和生成物。解析這類題圖時,最重要的是看清圖示中的箭頭,明確哪些物質進入循環體系,哪些物質離開循環體系,進入循環體系的物質為總反應的反應物,離開循環體系的物質為總反應的生成物。

2.明確催化劑和中間產物。從循環圖示中找出分解成的若干個反應,通過分步反應區分出哪些是催化劑,哪些是中間產物。

3.寫出總反應。依據質量守恒定律,確定循環圖示中沒標出的物質,利用氧化還原反應的配平方法進行配平,寫出總反應,同時標出催化劑和反應條件。

題型三:與反應熱有關的反應歷程類試題

例3理論研究表明,在101 kPa和298 K下,HCN(g)HNC(g)異構化反應過程的能量變化如圖3所示。下列說法錯誤的是( )。

圖3

A.HCN比HNC穩定

B.該異構化反應的 ΔH=+59.3 kJ·mol-1

C.正反應的活化能大于逆反應的活化能

D.使用催化劑,可以改變反應的反應熱

解析:HCN的能量低于HNC的能量,能量越低越穩定,A項正確。根據題圖可知反應為吸熱反應,該反應的ΔH=+59.3 kJ·mol-1,B項正確。正反應的活化能為186.5 kJ·mol-1,逆反應的活化能為186.5 kJ·mol-1-59.3 kJ·mol-1=127.2 kJ·mol-1,故正反應的活化能大于逆反應的活化能,C項正確。催化劑只能改變反應速率,不影響反應熱,D項錯誤。

答案:D

【解題指導】認識反應熱的“兩個角度”和“三種計算方法”。

化學反應中能量變化圖示images/BZ_44_1308_1772_2002_2051.png圖像分析微觀角度 宏觀角度a表示斷裂舊化學鍵吸收的能量;b表示生成新化學鍵放出的能量;c表示反應熱a表示反應物的活化能;b表示活化分子形成生成物釋放的能量;c表示反應熱ΔH的計算①根據反應物和生成物的焓值計算:ΔH=H(生成物)-H(反應物)②根據反應物和生成物的鍵能計算:ΔH=∑E(反應物鍵能)-∑E(生成物鍵能)③根據正、逆反應的活化能計算:ΔH=Ea(正反應活化能)-Eb(逆反應活化能)