化學(xué)反應(yīng)歷程機(jī)理圖解題分析

黃春德

摘? 要：化學(xué)反應(yīng)速率是高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊的重要探究內(nèi)容，屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)范疇。2020新版人教版教材對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率給了定義并剖析了影響因素，并引入了基元反應(yīng)，碰撞理論等概念，對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素展開了定性和定量分析。2017版課標(biāo)也明確要求掌握基元反應(yīng)，催化劑作用的要求。在新高考考題中，我們不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反應(yīng)歷程機(jī)理遍布各地考題，構(gòu)建思維模型等的教育理念推層出新，各類新科研成果，前言技術(shù)以情境模型出現(xiàn)于高考題型，無疑引領(lǐng)時(shí)代的進(jìn)步，考察的不再是學(xué)生死記硬背的能力，而更多的是思維的能力，遷移的能力。本文就此部分知識(shí)出現(xiàn)的考題進(jìn)行探索與研究。

關(guān)鍵詞：情境教學(xué);思維模型;催化劑;反應(yīng)歷程

縱觀近幾年高考真題與各地模擬題，筆者發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)反應(yīng)歷程考察的題型，有以下幾種題型：總能量變化曲線模型;非均相反應(yīng)歷程模型;“環(huán)式”反應(yīng)歷程模型……以下是介紹這幾種題型的常見解法。

一、簡(jiǎn)單的總能量變化曲線模型

此類題型屬于最基礎(chǔ)的反應(yīng)歷程：清晰的展現(xiàn)能量變化趨勢(shì)圖。如圖1所示，可以讀出以下信息：

1.起點(diǎn)反應(yīng)物的總能量與終點(diǎn)生成物的總能量的變化為降低的，故為放熱反應(yīng)，△H<0。

2.E1為正反應(yīng)的活化能;E2為逆反應(yīng)的活化能。故放熱反應(yīng)的正向活化能大于逆向活化能;反之，吸熱反應(yīng)的正向活化能小于逆向活化能。

3.加入催化劑，活化能明顯降低，且反應(yīng)歷程為單一基元反應(yīng)變成兩個(gè)基元反應(yīng)組合起來。

4.結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論，可以讀出另外的信息：有催化劑的情況下，該反應(yīng)歷程有經(jīng)歷兩個(gè)基元反應(yīng)。反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②的活化能高，故該反應(yīng)的速率由活化能高的慢反應(yīng)決定。

例1? 1，3-丁二烯和Br2以物質(zhì)的量之比為1∶1發(fā)生加成反應(yīng)分兩步：第一步Br+進(jìn)攻1，3-丁二烯生成中間體C（溴鎓正離子）;第二步Br?進(jìn)攻中間體C完成1，2-加成或1，4-加成。反應(yīng)過程中的能量變化如下圖所示，下列說法正確的是

A.1，2-加成產(chǎn)物A比1，4-加成產(chǎn)物B穩(wěn)定

B.第一步的反應(yīng)速率比第二步慢

C.該加成反應(yīng)的反應(yīng)熱為Eb–Ea

D.升高溫度，1，3-丁二烯的平衡轉(zhuǎn)化率增大

【解析】A.根據(jù)圖像可知，1，2-加成產(chǎn)物A含有的總能量大于1，4-加成產(chǎn)物B，則1，4-加成產(chǎn)物B穩(wěn)定，故A說法錯(cuò)誤;

B.第一步的反應(yīng)的活化能大于第二步，則第一步的反應(yīng)速率比第二步慢，B說法正確;

C.該加成反應(yīng)的反應(yīng)熱為1，3-丁二烯的總能量分別與1，2-加成產(chǎn)物A和1，4-加成產(chǎn)物B的總能量的差值，所以C說法錯(cuò)誤;

D.根據(jù)圖像可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。升高溫度，平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則1，3-丁二烯的平衡轉(zhuǎn)化率減小，因此D說法錯(cuò)誤。

二、非均相反應(yīng)歷程模型

所謂“均相”模型，就如H2O2的分解反應(yīng)，用FeCl3溶液作為催化劑，均在水相中進(jìn)行的反應(yīng);而“非均相”模型，就如H2O2液體相的分解反應(yīng)，用固體相MnO2作為催化劑，經(jīng)常表現(xiàn)為催化劑表面的“吸附”與“解吸”反應(yīng)歷程模型，如圖2所示。

三、“環(huán)式”反應(yīng)歷程模型

此類題型，可以觀察圖3，可以看到整個(gè)反應(yīng)過程中涉及多種物質(zhì)，解題的關(guān)鍵在于有些物質(zhì)循環(huán)出現(xiàn)，如⑤⑥⑦⑧，有可能是催化劑或者中間產(chǎn)物。如果是一開始就存在的，那么就是催化劑;中間產(chǎn)生的后來又反應(yīng)掉的，則為中間產(chǎn)物。有些物質(zhì)是進(jìn)入旋轉(zhuǎn)圈的，如①④，為反應(yīng)物;由旋轉(zhuǎn)圈出來的物質(zhì)，如③，為反應(yīng)產(chǎn)物。

例1（2020年全國1卷第10題）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)中間產(chǎn)物

B.甲醇羰基化反應(yīng)為CH3OH+CO=CH3CO2H

C.反應(yīng)過程中Rh的成鍵數(shù)目保持不變

D.存在反應(yīng)CH3OH+HI=CH3I+H2O

[解析]

A.CH3COI為左側(cè)循環(huán)圈的中間產(chǎn)物，正確。

B.縱觀整個(gè)圖，進(jìn)入的物質(zhì)有CO和CH3OH，生成的物質(zhì)為CH3CO2H，所以B正確。

C.圖中左右的Rh，可以看到6個(gè)鍵，而最上方的Rh只有4個(gè)鍵，最下方的Rh是5個(gè)鍵，故C錯(cuò)誤。

D.圖的左側(cè)，可以看到H2O和CH3COI接觸，生成HI和CH3CO2H，正確。

結(jié)合上述幾道反應(yīng)歷程。筆者發(fā)現(xiàn)，考題主要考察的知識(shí)主要如下：1）化學(xué)反應(yīng)的過程伴隨能量的變化，加入催化劑能改變反應(yīng)的歷程，不改變反應(yīng)的反應(yīng)熱。2）催化劑所起的作用是降低反應(yīng)的活化能，以提高反應(yīng)速率的作用;3）催化劑改變的歷程有多種情況：可以是被吸附在催化劑表層，降低反應(yīng)物的鍵能;也可能是反應(yīng)物與催化劑反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，再重新與另一反應(yīng)物反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物…不管考題以何種情境何種類型出現(xiàn)，考察的內(nèi)容都是基本概念基本原理。只有掌握課本知識(shí)，養(yǎng)成提煉題目信息的能力，構(gòu)建科學(xué)的催化劑發(fā)揮作用模型，從“學(xué)會(huì)知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皶?huì)學(xué)”、“會(huì)研究”，才能滿足新高考選拔人材的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：74.

[2]徐聰，魏銳.由合成氨工藝引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)速率相關(guān)問題探討[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（04）：31-33.

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