例析反應(yīng)歷程類試題的解題方法

■河南省鄢陵縣第一高級中學(xué) 馮存良

化學(xué)反應(yīng)歷程類試題經(jīng)常會給出一些新信息,需要考生分析新信息中的反應(yīng)機(jī)理,并在題目中對給予的信息進(jìn)行整理利用,從而考查考生自學(xué)能力與分析推理能力。此類試題綜合性強(qiáng),難度中等,考查的核心素養(yǎng)以證據(jù)推理與模型認(rèn)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(shí),可有意識地進(jìn)行一些陌生“反應(yīng)機(jī)理”題的訓(xùn)練,提升自己“挖掘反應(yīng)機(jī)理的隱含信息,準(zhǔn)確提取反應(yīng)實(shí)質(zhì)”的能力,也可以減少考場中的陌生度,增強(qiáng)自信心。

題型一:與催化有關(guān)的反應(yīng)歷程類試題

例1研究發(fā)現(xiàn)Pd2團(tuán)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(tài)和中間產(chǎn)物(過渡態(tài)已標(biāo)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(yīng)為2CO+O2＝＝2CO2

B.反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生CO2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+O2＝＝2CO2,A項(xiàng)正確。由圖可知,反應(yīng)路徑2所需總的活化能比反應(yīng)路徑1低,反應(yīng)路徑2的催化效果更好,B項(xiàng)錯誤。反應(yīng)路徑1和反應(yīng)路徑2的第一步能量變化均為3.22 eV,C項(xiàng)正確?；罨苤赋B(tài)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)即過渡態(tài)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(xiàng)正確。

答案:B

【解題指導(dǎo)】催化機(jī)理類歷程圖解題方法如下。

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

2.明確催化劑和中間產(chǎn)物。最重要的是厘清反應(yīng)途徑,結(jié)合催化劑的反應(yīng)機(jī)理,找出活化能降低的路徑,再從圖示中分析出若干個反應(yīng),通過分步反應(yīng)區(qū)分出哪些是參與反應(yīng)但反應(yīng)前后沒有改變的,即為催化劑;哪些是反應(yīng)歷程中新生成的,且是后續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)物,即為中間產(chǎn)物。

3.得出總反應(yīng)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律,確定反應(yīng)物與生成物后配平方程式,寫出總反應(yīng),同時(shí)標(biāo)出催化劑和反應(yīng)條件。

題型二:循環(huán)體系的反應(yīng)歷程類試題

例2我國科學(xué)家研究了活性炭催化條件下煤氣中的H2S和Hg的協(xié)同脫除,部分反應(yīng)機(jī)理如下頁圖2所示(吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注)。有關(guān)該過程的敘述錯誤的是( )。

圖2

A.產(chǎn)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(fā)生了極性共價(jià)鍵的斷裂

解析:由機(jī)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(xiàng)正確。由機(jī)理圖可知,H2S分解產(chǎn)生的H2和S會再次生成部分H2S,故H2S脫除率小于100%,B項(xiàng)正確。由機(jī)理圖可知,H2S在催化過程中形成了SO2、單質(zhì)S、CS2和H2,S元素化合價(jià)升高被氧化,H元素化合價(jià)降低被還原,則H2S既被氧化又被還原,C項(xiàng)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(jià)鍵,D項(xiàng)正確。

答案:C

【解題指導(dǎo)】循環(huán)體系類歷程圖解題方法如下。

1.明確反應(yīng)物和生成物。解析這類題圖時(shí),最重要的是看清圖示中的箭頭,明確哪些物質(zhì)進(jìn)入循環(huán)體系,哪些物質(zhì)離開循環(huán)體系,進(jìn)入循環(huán)體系的物質(zhì)為總反應(yīng)的反應(yīng)物,離開循環(huán)體系的物質(zhì)為總反應(yīng)的生成物。

2.明確催化劑和中間產(chǎn)物。從循環(huán)圖示中找出分解成的若干個反應(yīng),通過分步反應(yīng)區(qū)分出哪些是催化劑,哪些是中間產(chǎn)物。

3.寫出總反應(yīng)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律,確定循環(huán)圖示中沒標(biāo)出的物質(zhì),利用氧化還原反應(yīng)的配平方法進(jìn)行配平,寫出總反應(yīng),同時(shí)標(biāo)出催化劑和反應(yīng)條件。

題型三:與反應(yīng)熱有關(guān)的反應(yīng)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(gòu)化反應(yīng)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(wěn)定

B.該異構(gòu)化反應(yīng)的 ΔH=+59.3 kJ·mol-1

C.正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能

D.使用催化劑,可以改變反應(yīng)的反應(yīng)熱

解析:HCN的能量低于HNC的能量,能量越低越穩(wěn)定,A項(xiàng)正確。根據(jù)題圖可知反應(yīng)為吸熱反應(yīng),該反應(yīng)的ΔH=+59.3 kJ·mol-1,B項(xiàng)正確。正反應(yīng)的活化能為186.5 kJ·mol-1,逆反應(yīng)的活化能為186.5 kJ·mol-1-59.3 kJ·mol-1=127.2 kJ·mol-1,故正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能,C項(xiàng)正確。催化劑只能改變反應(yīng)速率,不影響反應(yīng)熱,D項(xiàng)錯誤。

答案:D

【解題指導(dǎo)】認(rèn)識反應(yīng)熱的“兩個角度”和“三種計(jì)算方法”。

化學(xué)反應(yīng)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(xué)鍵吸收的能量;b表示生成新化學(xué)鍵放出的能量;c表示反應(yīng)熱a表示反應(yīng)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(yīng)熱ΔH的計(jì)算①根據(jù)反應(yīng)物和生成物的焓值計(jì)算:ΔH=H(生成物)-H(反應(yīng)物)②根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算:ΔH=∑E(反應(yīng)物鍵能)-∑E(生成物鍵能)③根據(jù)正、逆反應(yīng)的活化能計(jì)算:ΔH=Ea(正反應(yīng)活化能)-Eb(逆反應(yīng)活化能)