学科核心素养导向下2021年高考化学二轮复习策略讲座《化学反应机理——历程、活化能-、-催化剂-》课件

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/1 Tuesday,#,学科核心素养导向下,2021,年高考化学二轮复习策略讲座,化学反应机理,历程、活化能 、 催化剂,化学反应机理,历程、活化能 、 催化剂,2021,年热门考点,基于真实情境，,考查学生综合运用知识的能力 ，,与化工生产关系密切的催化剂 ，,主要从反应历程 、 活化能 、 速率 、 平衡移动等，考查催化剂对反应的影响 。,从试题形式上看 ，,常常融合图像 、 表格等信息呈现形式 ，,考查学生吸收和整合陌生信息的能力 。,催化剂如何影响化学反应 ？,例如：,Cu,催化乙醇的氧化反应：,2Cu + O,2,=2C u O,；,CH,3,CH,2,OH + CuO = CH,3,CHO + Cu + H,2,O,催化剂,Cu,先参与反应后又重新生成，,它经历了,Cu-CuO-Cu,的变化历程。,01.,催化剂与反应历程, 例,1, 用,NaCIO,3,、,H,2,O,2,和稀硫酸制备,CIO,2,，反应开始时加入少量盐酸 ，,CIO,2,的生成速率大大提高,(,CI,-,对反应有催化作用,),。 该过程可能经两步反应完成 ， 将其补充完整 ：,_,（ 用离子方程式表示 ）；,H,2,O,2,+ CI,2,=2CI,+O,2,+ 2H,+,解析：第步中,CI,2,生成,CI,可知催化制,CI,的变化历程是,:,CI,_,CI,2, CI,即,CI,在第步中变成,CI,2,由,题给信息,及,氧化还原,知识可知 ，,氧化剂是,CIO,3,且,CIO,3,反应后生成,CIO,2,离子方程式 ：,2CIO,3,+ 2CI,+4H,+,=2CIO,2,+CI,2,+ 2H,2,O,例,2.,在,Cu/ZnO,催化剂存在下 ，,C0,2,和,H,2,可发生两个平行反应 ：,.,CO,2,(g) + 3H,2,(g) = CH,3,OH(g) + H,2,O(g),；,.,CO,2,(g) + H,2,(g) = CO(g) + H,2,O(g),某实验室控制,C0,2,和,H,2,初始投料比为,1 :,2.2 ,在相同压强下 ，,经过相同时间测得实验数据如下表所示 。 在图中分别画出,反应,I,在无催化剂 、 有,Cat.1,和有,Cat.2,三种情况下,反应过程一能量,示意图,02.,催化剂与活化能 、 焓变,催化剂通过降低反应的活化能，从而加快反应速率 。,催化剂的性能越好 ， 反应的活化能越低 。,反应过程,解析,.,据表中的数据可以算出生成,CH,3,OH,的,CO,2,占全部,C0,2,的百分比 。,543K, Cat.1,作用下是 ：,12.3%x42.3% = 5.20%,Cat.2,作用下是：,10.9%x72.7% = 7.92%,。,所以,Cat.2,的,催化选择性要好于,Cat.1,即在,Cat.2,的作用下,反应的活化能低,。,反应过程,能量,02.,催化剂与活化能 、 焓变,归纳小结 ：,作图注意：,催化剂不能改变反应物 、 生成物的总能量 、焓变，,所以曲线的,起点 、 终点,应相同。,例,3,（,2019,全国,I,卷,28,）,（,3,）,我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用,小黑点,标注。,02.,催化剂与活化能 、 焓变,可知水煤气变换的,H,_0,（填,“,大于,”“,等于,”,或,“,小于,”,），该历程中最大能垒（活化能）,E,正,=_eV,，写出该步骤的化学方程式,_,。,(1),根据水煤气变换,CO(g)+H,2,O(g)=CO,2,(g)+H,2,(g),并结合水煤气,变换的反应历程相对能量可知，,CO(g)+H,2,O(g),的能量（,-0.32eV,）,高于,CO,2,(g)+H,2,(g),的能量（,-0.83eV,）,，,故水煤气变换的,H,小于,0,；,（,2,）,活化能,即,反应物状态达到活化状态所需能量。,根据变换历程的相对能量可知，最大差值为：,其最大能垒（活化能）,E,正,=,1.86-(-0.16)eV,= 2.02eV,；,该步骤的反应物为：,COOH*+H*+H,2,O*,COOH*+2H*+OH*,；因反应前后,COOH*,和,1,个,H*,未发生改变，也可以表述成：,H,2,O*,H*+OH*,；,02.,催化剂与活化能 、 焓变,例,4.,密闭容器中发生反应 ：,2N0(g) + 2CO(g)=N,2,(g) + 2CO,2,(g) H 0,。,研究表明,:,在使用等质量同种催化剂时，增大催化剂,比表面积,可提高,反应速率 。,某同学设计了下表所示的三组实验 。,请在图中画出三个实验中，,NO,随时间变化的趋势曲线 ， 并标明编号。,03.,催化剂与反应速率 、平衡移动,催化剂,能,加快反应速率,，,缩短到达平衡所需时间,。,催化剂的活性越好 ， 所需时间越短 。,但催化剂不能使化学平衡发生移动 。,解析,：（,1,）先比较实验,、,：,实验,的催化剂比表面积大 ， 故实验,的反应速率大 ；,因催化剂不影响平衡移动 ，,故达到平衡后 ， 实验,、,的,c(NO),相同 。,（,2,）再比较,、,：,实验,的温度高 ， 故实验,的反应速率大 ；,因温度升高,平衡左移 ，故平衡时,dNO),较大。,03.,催化剂与反应速率 、 平衡移动,催化剂,具有,一定范围的活化温度,， 过高或过低 ， 都会导致催化剂的活性降低。 如,生物催化剂酶 ， 对温度就非常敏感,。,04.,温度与催化剂活性,例,5.,（,2017,天津）,H,2,S,和,SO,2,会对环境和人体健康带来极大的危害 ，,工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放生物脱,H,2,S,的原理为,H,2,S + Fe,2,(SO,4,),3,=S + 2FeSO,4,+ H,2,SO,4,4FeSO,4,+ 0,2,+ 2H,2,SO,4,=2Fe,2,(SO,4,),3,+ 2H,2,O,硫杆菌存在时 ，,FeSO,4,被氧化的速率是无菌时的,5x10,5,倍 ，该菌的作用是,_,；,若反应温度过高 ，反应速率下降 ，其原因是,_,；,解析：,反应的催化剂； 催化剂硫杆菌因蛋白质变性而失去了催化性能。,例,6,.,向三颈烧瓶中加入一定量的,MnO,2,和水 ， 搅拌 ， 通入,SO,2,和,N,2,混,合气体 ， 恒温下发生反应 ：,MnO,2,+H,2,SO,3,=MnSO,4,+H,2,O,；若将,N,2,换成空气 ， 测得,C(Mn,2+,),、,C(SO,4,2,),随时间,t,的变化如图所示 。,导致,C(Mn,2+,),、,C(SO,4,2,),变化产生明显差异的原因是,_,；,05.,催化剂的来源问题,化学中有一类特殊反应 ， 叫,自催化反应,， 该类反应中的,生成物对反应有催,化作用,。 它的特点之一是开始反应速率很小 ， 随着起催化作用的产物的积累速率迅速增大 。,解析：,由图可知 ，,N,2,换成空气,发生了副反应 ：,O,2,+ 2H,2,SO,3,=2H,2,SO,4,表示,C(SO,4,2,),的曲线斜率逐渐增大 ， 说明,SO,4,2,的生成速率逐渐增大，,因反应物浓度 、 压强 、 温度 、 接触面积等维持不变 ，,所以导致,SO,4,2,的生成速率加快的因素应是催化削 ，,而且催化剂是某种生成物 ， 应是,Mn,2+, 答案 ,Mn,2+,对：,O,2,+ 2H,2,SO,3,=2H,2,SO,4,的反应有催化作用,05.,催化剂的来源问题,归纳小结 ：,判断一个化学反应是否是自催化反应 ，,先要,排除温度 、 浓度 、 压强 、 接触面积等,的影响 ，,然后再分析是何种生成物具有催化作用。,06.,催化剂 、 温度对平衡的综合影响,例,6. NH,3,催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术 ：,4NH,3,(g) + 6NO(g) = 5N,2,(g) + 6H,2,O(g) H 0.,密闭容器中 ，,在相同时间内，在催化剂,A,作用下脱氮率随温度变化如图所示 。,现改用,催化能力稍弱的催化剂,B,进行实验，,请在图中画出在催化剂,B,作用下的脱氮率随温度变化的曲线,(,不考虑温度对催化剂活性的影响,),脱氮率,解析：,(,1),先分析,催化剂,A,作用下的脱氧率为什么会先增大后减小 ？,低于,300C,时,， 温度越高，反应速率越快，相同时间内消耗的,NO,越多 ，,所以脱氮率增大；,高于,300C,时,， 因为温度升高 ，平衡逆向移动，消耗的,NO,减小，所以脱氮率下降。,(2),改用,催化剂,B,，就涉及,催化剂和温度,两个变量：,B,催化下，随着温度的升高，,脱策率也应先增大后减小；,达到曲线最高点之前，,B,的催化能力弱，相同温,度时的脱氛率要小于,A,，即所画曲线应在,A,的下方。, B,催化下在相同时间内,达到平衡，则曲线最高点应出现在高于,300C,的位置。当,A,、,B,均达到平,衡后，平衡脱氮率只与温度有关，所以两条曲线重合。,06.,催化剂 、 温度对平衡的综合影响,概括整合,I,催化剂通过参与化学反应， 改变反应历程， 从而降低活化能，加快反应速率，到达平衡所需的时间减少。,但催化剂不能改变焓变， 也不能使平衡移动，,催化剂的催化性能也会受外界条件的影响，如温度 、 表面积等。,【,2020,山东,】,14,1,3-,丁二烯与,HBr,发生加成反应分两步：,第一步,H,+,进攻,1,3-,丁二烯生成碳正离子（,）；,第二步,Br,-,进攻碳正离子完成,1,2-,加成或,1,4-,加成。反应进程中的能量变化如下图,所示。已知在,0,和,40,时，,1,2-,加成产物与,1,4-,加成产物的比例分别为,70:30,和,15:85,。下列说法正确的是, ,A,1,4-,加成产物比,1,2-,加成产物稳定,B,与,0,相比，,40,时,1,3-,丁二烯的转化率增大,C,从,0,升至,40,，,1,2-,加成正反应速率增大，,1,4-,加成正反应速率减小,D,从,0,升至,40,，,1,2-,加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,案例,反应机理的考查,5.,电解质的,“,水质,5,平衡,”,专题,1,水的电离,Kw,5,沉淀溶解,Ksp,2,弱酸电离,Ka,3,弱碱电离,Kb,4,盐类水解,Kh,水,+,质,十强,六酸和四碱，中和滴定,四要点；,更有平衡,五常数,，定义关系看,温度,；,直接间接,两条线,，注意,强弱,会判断。,HAc,H,+,+ Ac,-,H,2,O,H,+,+ OH,-,NH,3,H,2,O,NH,4,+,+ OH,-,NH,4,+,+,H,2,O,NH,3,H,2,O+H,+,AgCl(s),Ag,+,+ Cl,-,【,2015,】,MOH,和,ROH,溶液加水稀释,PH,随,lgV/Vo,的变化图像,【,2015,考点】,MOH,、,ROH,碱性强弱,稀释前后,ROH,电离程度,无限稀释学科思想,升温度，对电离影响,【,2016,】,盐酸滴定氨水,PH,与盐酸体积图像,【,2016,考点】,指示剂选择,4,个特殊点,起点,(N,点,),半点（,1:1,）,中性点（,M,点）,恰好点,【,2017,卷,】,NaOH,滴定二元弱酸,H,2,A,PH,与物质的量分数,(x),图像,【,2017,卷,考点】,K,1,(,H,2,A,),、,K,2,(,H,2,A,),起点：,H,2,A,0.5,点,：,C(,H,2,A,)=C(,HA,-,),1:1,点：,HA,-,1.5,点：,C(,HA,-,) =C(,A,2-,),2:1,点：,A,2-,【,2017,卷,】,NaOH,滴定,己二酸,H,2,X,pH,与离子浓度图像,【,2017,卷,考点】,Ka,2,、,曲线,N,意义,NaHX,离子浓度,呈中性离子浓度,1,高考梳理,17,基本解题思路,取,化学规律,1.,找规律,2.,解问题,溶液,稀释,中和,滴定,沉淀,溶解,观,数学图像,1.,看面,2.,看线,3.,看点,X+y=a,直线,Xy=a,双曲线,增函数,减函数,2,解题思路,“情境,+,微粒,+,关系,+,三类,图像”，,数学语言说化学,转,化学语言,1.,特殊点,2.,找标准,3.,语转换,起点,末点,1:1,点,恰好点,中性点,稀释相同倍数,稀释至,pH,相同,稀释相同倍数,稀释至,pH,相同,情境,1.,分别加水稀释，,浓度均为,0.1mol/L,的,HCl,溶液、,HAc,溶液,判断强弱、,ab,、,v1v2,倍数,情境,2,.,分别加水稀释，,pH,均为,3,的,HCl,溶液、,HAc,溶液,判断强弱、,ab,、,v1v2,倍数,情境,3.,分别加水稀释，,同浓度溶液,（均为,0.1mol/L,）,判断强弱、,弱者电离常数,ab,、,cd,浓度比较,考点,1,：稀释,NaOH,、,NH,3,H,2,O,溶液,HAc,、,HCl,例,1-2015,-,-,13,.,浓度均为,0.10mol/L,、体积均为,V,0,的,MOH,和,ROH,溶液，分别加水稀释至体积,V,，,pH,随,lgV/Vo,的变化如图所示，,下列叙述错误的是（,）,A,.,MOH,的碱性强于,ROH,的碱性,B,.,ROH,的电离程度：,b,点大于,a,点,C,.,若两溶液无限稀释，则它们的,c(OH,-,),相等,D,.,当,lgV/Vo,=2,时，若两溶液同时升高温度，,则,c(M,+,)/c(R,+,),增大,练习考点,1,小试牛刀！,考点,2,一次中和,情境,1.,在,20mL 0.1mol,.,L,-1,氨水,中，,滴入,0.1mol,.,L,-1,的,盐酸,，,溶液的,pH,与盐酸,体积,图。,情境,2.,向,20 mL 0.1 molL,1,HAc,溶液中，,逐滴,加入,0.1 molL,1,NaOH,溶液，,溶液,pH,的变化如图所示：,情境,3.,C(H,+,),AG,表示酸度，,AG,lg ,，,C(OH,-,),用,0.1 mol,L,1,的盐酸,滴定,10 mL 0.1 mol,L,1,MOH,溶液,，滴定曲线如图。,起点：,OH,-,NH,4,+,H,+,中性点,：,Cl,-,=NH,4,+,OH,-,=H,+,恰好点：,Cl,-,NH,4,+,H,+,OH,-,1:1,点：,NH,4,+,Cl,-,OH,-,H,+,例,12016,-,-12.,298K,时，在,20.0mL 0.10mol,.,L,-1,氨水中滴入,0.10mol,.,L,-1,的盐酸，溶液的,pH,与所加盐酸的体积关系如图所示。已知,0.10mol,.,L,-1,氨水的电离度为,1.32%,，下列有关叙述正确的是 （ ）,A.,该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂,B.M,点对应的盐酸体积为,20.0mL,C.M,点处的溶液中,C(N,H,4,+,) =C(Cl,-,) =C(,H,+,) =C(O,H,-,),D.N,点处的溶液中,pH,C(,H,2,A,) = C(,A,2,-,),D,.,pH=4.2,时，,C(,HA,-,) = C(,A,2,-,) = C(,H,+,),【,练习,】,考点,3,小试牛刀！,2.,2017-,-,13,.,常温下将,NaOH,溶液添加到己二酸（,H,2,X,）溶液中,，混合溶液的,pH,与离子浓度变化的关系如图所示,。下述错误的是（）,A,K,a2,（,H,2,X,）的数量级为,10,-6,B,曲线,N,表示,pH,与 的变化关系,C,NaHX,溶液中,c(H,),c(OH,),D,当混合溶液呈中性时，,c(Na,),c(HX,-,),c(X,2-,),c(H,+,)=c(OH,-,),考点,4,沉淀溶解平衡,情境,3.,一定温度，,用,0.100 mol,L,-1,AgNO,3,滴定,50.0 mL 0.0500 mol,L,-1,Cl,-,溶液,的滴定曲线如图。,情境,1.,一定温度，,AgCl(s)=Ag,+,(aq) + Cl,-,(aq),体系中，,C(Ag,+,),和,C(Cl,-,),的关系图。,情境,2.,一定温度，,AgCl,与,AgI,的饱和溶液中关系图,情境,4.,向,Cl,溶液同时加入,Cu,和,CuSO,4,，,发生：,Cu,Cu,2,2Cl,= 2CuCl,生成,CuCl,沉淀从而除去,Cl,。,溶液中平衡时相关离子浓度的关系图。,2018-III-,12,用,0.100 mol,L,-1,AgNO,3,滴定,50.0 mL 0.0500,mol,L,-1,Cl,-,溶液的滴定曲线，如图所示。下列有关描述错误的是,【】,A,根据曲线数据计算可知,K,sp,(AgCl),的数量级为,10,-10,B,曲线上各点的溶液满足关系式,c,(Ag,+),c,(Cl,-,)=,K,sp,(AgCl),C,相同条件下，若改为,0.0400 mol,L,-1,Cl,-,，反应终点,c,移到,a,D,相同条件下，若改为,0.0500 mol,L,-1,Br,-,，反应终点,c,向,b,方向移动,26,【,练习,】,考点,4,小试牛刀！,2019-,海南,-,9.,一定温度下，,AgCl(s) Ag,+,(aq) + Cl,-,(aq),体系中，,C(Ag,+,),和,C(Cl,-,),的关系如图所示。下列说法正确的是,( ),A.abc,三点对应的,Kw,相等,B.AgCl,在,c,点的溶解度比,b,点的大,C.AgCl,溶于水形成的饱和溶液中，,C(Ag,+,) = C(Cl,-,),D.b,点的溶液中加入,AgNO,3,固体，,C(Ag,+,),沿曲线向,c,点方向变化,变式,3,在一定温度下，,AgCl,与,AgI,的饱和溶液中存在如图所示关系，,下列说法正确的是,(,),A,向,0.1 mol,L,1,KI,溶液中加入,AgNO,3,溶液，当,I,恰好完全沉淀时，,c,(Ag,),2,10,12,mol,L,1,B,向,AgI,的饱和溶液中加入,HI,溶液，,可使溶液由,A,点移到,B,点,C,AgCl(s),I,(aq)=AgI(s),Cl,(aq),，,在该温度下的平衡常数,K,2.5,10,6,D,向,2 mL 0.01 mol,L,1,AgNO,3,溶液中加几滴,0.01 mol,L,1,NaCl,溶液，,静置片刻，再向溶液中加几滴,0.01 mol,L,1,KI,溶液，有黄色沉淀生成，,说明,K,sp,(AgCl),K,sp,(AgI),2017-,-,6,.,在湿法炼锌的电解循环溶液中，较高浓度的,Cl,会腐蚀阳极,板而增大,电解能耗。可向溶液中同时加入,Cu,和,CuSO,4,，生成,CuCl,沉淀从而除去,Cl,。根据溶液中平衡时相关离子浓度的关系图，,下列说法错误的是,(,),A,K,sp,(CuCl),的数量级为,10,7,B,除,Cl,反应为,Cu,Cu,2,2Cl,= 2CuCl,C,加入,Cu,越多，,Cu,浓度越高，除,Cl,效果越好,D,2Cu,=Cu,2,Cu,平衡常数很大，反应趋于完全,【,练习,】,考点,4,小试牛刀！,问题一,已知,Cu(OH),2,的,Ksp,为,210,-20,，则要使含,c(Cu,2+,)=0.1mol/L,的溶液中,Cu,2+,开始生成沉淀应调节溶液的,PH,为多少？,5.2,问题二,已知,Cu(OH),2,的,Ksp,为,210,-20,，则要使含,c(Cu,2+,)=0.1mol/L,的溶液中,Cu,2+,沉淀完全应调节溶液的,PH,为多少？,6.4,问题三,已知,Cu(OH),2,和Fe(OH),3,的,Ksp,分别为,210,-20,，,110,-36,，,则要实现,c(Cu,2+,),、,c(Fe,3+,),均,0.1mol/L,的混合溶液中,Cu,2+,与,Fe,3+,完全分离应调节溶液的,PH,范围是？,3.7-5.2,问题四,采用沉淀分离法分离Cu,2,+,、Fe,3,+,应该选用什么物质,调节溶液的,p,H呢？,CuO、Cu(OH),2,、等,问题五,则要从0.1mol/L CuCl,2,的溶液中除去Fe,3+,、Fe,2+,杂质应如何操作？,Fe,2+,转化为Fe,3+,加入CuO调节pH3.7-5过滤,第考点,4,小试牛刀！,突破Ksp的,“五连环”,易错点,2019-,-,11. NaOH,溶液滴定邻苯二甲酸氢钾（邻苯二甲酸氢钾,H,2,A,的,K,a1,=1.110,3,，,K,a2,=3.910,6,）溶液，混合溶液的相对导电能力变化曲线如图所示，其中,b,点为反应终点。下列叙述错误的是（ ）,A,混合液导电能力与离子浓度和种类有关,B,Na,+,与,A,2,导电能力之和大于,HA,C,b,点的混合溶液,pH=7,D,c,点的混合溶液中，,c,(Na,+,),c,(K,+,),c,(OH,),2019-,-,12,绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉,(CdS),是一种难溶于水的黄色颜料，其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是,A,图中,a,和,b,分别为,T,1,、,T,2,温度下,CdS,在水中的溶解度,B,图中各点对应的,K,sp,的关系为：,K,sp,(m)=,K,sp,(n),K,sp,(p) c(H,+,), 即 c(HA) c(H,+,) ，故 D 错误。,【,模考,14】,电解质的,“,水质,5,平衡,”,专题,的考查,【,案例,】,电解质的,“,水质,5,平衡,”,专题,的考查,【,2020,山东高考】,15,25,时，某混合溶液中,1g,c,( CH,3,COOH,),、,1,g,c,(,CH,3,C,OO,-,),、,lg,c,(H,+,),和,lg,c,(,OH,-,),随,pH,变化的关系,如下图所示。,K,a,为,CH,3,COOH,的电离常数，下列说法正确的是,D,pH,由,7,到,14,的变化过程中，,CH,3,COO,-,的水解程度始终增大,B,N,点时，,C,该体系中，,A,O,点时，,STEM,教育模式,科学,（,SCIENCE,）,技术,（,TECHNOLOGY,）,工程,（,ENGINEERING,）,数学,（,MATHEMATICS,）；,以项目（,PBL,）为引领，,基于,真实任务的问题设计,，,通过,跨学科统整的方法，,参与,体验探究，,聚焦,科学应用与创新,，,着眼,综合知识和能力，,培养,创新精神和实践能力,。,36,（三）（,C,卷,）能力测试,5,大题，,5,核心,一,选择题（,2,分,10,个,=20,分,，单选）,二,选择题（,4,分,5,个,=20,分,，复选）,三,非选择题（,5,小题，共,60,分）,16,综合化学实验,17,物质结构,18,无机工艺流程,19,化学原理,20,有机工艺流程,