化學(xué)試題中有關(guān)催化機(jī)理的考查

黃 金

(湖北襄陽市谷城縣第三中學(xué))

化學(xué)從微觀、宏觀和符號3種角度認(rèn)識物質(zhì)及其變化并建立起它們之間的聯(lián)系.因此,化學(xué)學(xué)習(xí)過程,常常需要從微觀視角探討物質(zhì)的本質(zhì),或?qū)谖⒂^或模型分析推理的結(jié)果通過實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行證實(shí)或證偽,從而得出物質(zhì)及其變化的基本規(guī)律或相關(guān)理論.因此,對化學(xué)知識微觀分析的考查成為高考的熱點(diǎn),有關(guān)催化機(jī)理的考查是近年?？嫉闹R點(diǎn)之一.

1 結(jié)合化學(xué)反應(yīng)能量變化考查

化學(xué)反應(yīng)催化機(jī)理示意圖中涉及化學(xué)反應(yīng)過程中每一步的轉(zhuǎn)化.物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中有化學(xué)鍵的斷裂和形成,根據(jù)斷鍵吸熱,成鍵放熱的原理可以判斷反應(yīng)過程中的能量變化.

例1CO2加氫制CH4的一種催化機(jī)理如圖1所示,下列說法錯誤的是( ).

圖1

A.H2經(jīng)過Ni活性中心裂解產(chǎn)生活化態(tài)H*的過程為吸熱過程

B.La2O2CO3可以釋放出(活化分子)

C.La2O3、Ni和La2O2CO3在反應(yīng)過程中均起催化作用

分析由圖可知,H2經(jīng)過Ni活性中心裂解產(chǎn)生活化態(tài)H*的過程為共價鍵斷裂的過程,是一個吸熱過程,選項(xiàng)A 說法正確.由圖可知,La2O2CO3轉(zhuǎn)化為La2O3時釋放出,選項(xiàng)B 說法正確.由圖可知,La2O3、Ni為反應(yīng)的催化劑,起催化作用,La2O2CO3為反應(yīng)的中間產(chǎn)物,選項(xiàng)C 說法錯誤.活化分子的能量比普通分子的能量高,比普通分子更容易發(fā)生有效碰撞,則更容易發(fā)生有效碰撞,選項(xiàng)D說法正確.答案為C.

2 結(jié)合電化學(xué)考查

在電化學(xué)裝置中,物質(zhì)在電極上的反應(yīng)通常用箭頭表示.同樣,物質(zhì)的催化機(jī)理也是用箭頭表示物質(zhì)在催化劑表面發(fā)生的變化.電化學(xué)原理結(jié)合催化機(jī)理考查,更能體現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)的要求.

例2電解法處理含有的酸性廢水,其工作原理及電極b中鐵的化合物的催化機(jī)理如圖2所示,H 表示氫原子.下列說法錯誤的是( ).

圖2

A.電極b接電源負(fù)極

B.處理1molNO3－,電路中轉(zhuǎn)移5mole－

C.HClO 在陽極生成:

D.電極b的反應(yīng)方程式為

3 總反應(yīng)化學(xué)方程式考查

許多化學(xué)反應(yīng)都在存在催化劑的條件下進(jìn)行,發(fā)生多步反應(yīng),每一步都有物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)催化機(jī)理可以推出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式或總化學(xué)方程式.

例3某種含二價銅的催化劑[CuⅡ(OH)(NH3)]＋可用于汽車尾氣脫硝.催化機(jī)理如圖3所示,反應(yīng)過程中不同態(tài)物質(zhì)體系所具有的能量如圖4所示.下列說法正確的是( ).

圖3

圖4

A.該脫硝過程總反應(yīng)的焓變ΔH＞0

B.由狀態(tài)①到狀態(tài)⑤所發(fā)生的反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)

C.狀態(tài)③到狀態(tài)④的變化過程中有O—H 鍵的形成

D.總反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3(g)＋2NO(g)＋

分析根據(jù)圖4可知,反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,為放熱反應(yīng),則總反應(yīng)焓變ΔH＜0,選項(xiàng)A 錯誤.由圖3可知,狀態(tài)①到狀態(tài)②中所有元素的化合價沒有發(fā)生變化,不是氧化還原反應(yīng),選項(xiàng)B錯誤.狀態(tài)③到狀態(tài)④的變化過程為

有O—H 鍵的形成,選項(xiàng)C正確.由圖3可知,該脫硝過程反應(yīng)物有NH3、NO、O2,生成物有H2O、N2,根據(jù)圖3所給數(shù)據(jù)可知,反應(yīng)物NH3為2 mol,NO 為2mol,O2為0.5 mol,生成物N2為2 mol,H2O 為3mol,故該脫硝過程總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

4 綜合考查

例4MnO2催化某反應(yīng)的一種催化機(jī)理如圖5所示.下列敘述正確的是( ).

圖5

A.該機(jī)理的總反應(yīng)為

B.催化過程中,所發(fā)生的反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)

C.反應(yīng)中有極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成

D.反應(yīng)過程中,溶液的酸性減弱

分析由催化機(jī)理圖可知,O2和HCHO 在催化劑MnO2的作用下,生成了CO2和H2O,該機(jī)理的總反應(yīng)為,選項(xiàng)A 正確.催化機(jī)理中與H＋反應(yīng)生成CO2的過程不是氧化還原反應(yīng),選項(xiàng)B 錯誤.·OH 和HCHO 反應(yīng)生成了·CHO 和H2O,有極性鍵的斷裂和生成，與·CHO反應(yīng)生成,有非極性鍵的斷裂,但整個歷程中沒有非極性鍵的形成,選項(xiàng)C 錯誤.由總反應(yīng)可知,反應(yīng)過程中生成了H2CO3,溶液由中性變?yōu)槿跛嵝?選項(xiàng)D 錯誤.答案為A.

總之,化學(xué)試題中有關(guān)催化機(jī)理的考查,一定要找出反應(yīng)物和生成物,有哪些物質(zhì)是在中間過程參與其中的,從反應(yīng)物到生成物經(jīng)歷了哪些反應(yīng)歷程,在這些歷程中物質(zhì)的化學(xué)鍵是如何斷裂和形成的,能量是如何變化的,最后根據(jù)反應(yīng)歷程寫出反應(yīng)的總化學(xué)方程式.

(完)