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高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)

来源:未知作者:张劲辉 点击:所属专题: 催化剂原理及应用 反应能量图像
2017年高考化学考试说明中特别增加了一条:了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用。2018年的与2017年一样,没有改变,2019年也没有变化。 高考题中通过反应历程图考查催化剂是一个什么的演变过程,下面通过一系列的高考题就可以看出一点端倪。 一、题源——教材中

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2017年高考化学考试说明中特别增加了一条:了解反应高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)活化能的概念,了解催化剂的重要作用。2018年的与2017年一样,没有改变,2019年也没有变化。

高考题中通过反应历程图考查催化剂是一个什么的演变过程,下面通过一系列的高考题就可以看出一点端倪。

一、题源——教材中的示意图

1、苏教版如图:

高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)


图中:Ea为正反应的活化能,Ea′为逆反应的活化能,

反应热为△H =Ea-Ea′。


高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒) 


注意:图中使用催化剂时的活化能为Ea1。示意图中有两个峰。


高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)


如图2-2-10所示:反应A+B→AB的活化能为瓦,加入催化剂K后,反应分两步进行:

①A+K→AK      活化能为Ea1(慢反应)

②AK+B→AB+K       活化能为Ea2(快反应)

总反应:高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)活化能为Eal

可以看出,加入催化剂K后,两步反应的活 化能Eal和Eal均小于原反应的活化能£a,因此反应速 率加快。

仔细分析这两步反应可以看山:由于Ea1>Ea2,第1步反应是慢反应,是决定整 个反应快慢的步骤,称为“定速步骤”或“决速步骤”,第1步反应越快,则整体反应速率就越快。因此对总反应来说,第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。

2、鲁科版及人教版如图:

高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)

 二、高考题考查的演变

1、(2011全国大纲卷,T9)反应A+B→C(△H<0)分两步进行:①AB→X(△H>0)②X→C(△H<0)下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是

高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)

【答案】D

【解析】由反应A+B→C(△H<0)分两步进行①A+B→X(△H>0)②X→C(△H<0)可以看出,A+B→C(△H<0)是放热反应,

A和B的能量之和C,由①A+B→X(△H>0)可知这步反应是吸热反应,X→C(△H<0)是放热反应,故X的能量大于A+B;A+B的能量大于C,X的能量大于C。

2、(2018·海南卷,T12)炭黑是雾霾中和重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程的能量变化模拟计算结果如右图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是

高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)

A.每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量

B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV

C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程

D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂

【答案】CD

解析:由活化过程的能量变化模拟图可知,每活化一个氧分子放出0.29eV的能量,A项错误;水可使氧分子活化反应的活化能降低包括两部分,类似前面示意图中的两个峰,但是活化能变化是第一个。所以炭黑与氧气生成中间产物使活化能降低0.18eV,B项错误;结合图示,比较反应物与目标物质的结构可知,C项正确;根据“活化氧可以快速氧化二氧化硫”可以判定,D项正确。 

3、(2019·全国1卷,T28)(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标注。

高考题中催化剂与反应历程图的考查(能垒)

 

可知水煤气变换的ΔH____0(填“大于”“等于”或“小于”),该历程中最大能垒(活化能)E=__eV,写出该步骤的化学方程式_______。

(3)由题中图示可知水煤气变换时反应前相对能量0eV,反应后相对能量-0.72eV,反应为放热反应,故△H小于零。该历程中最大的能垒(活化能)应是COOH*+H*+H2O*=COOH*+2H*+OH*反应时由相对能量-0.16eV升至1.86eV 的过渡态2再降至1.41eV。E正=1.86-(-0.16)=2.02(ev)。

题中设问“该历程中最大能垒(活化能)”,需要对活化能加深认知,为能量上升阶段,可知最大的活化能为﹣0.16到1.86阶段。

三、启示

1、反应示意图由简单变复杂。前面只考查反应物生成物相对能量的大小,判断放热吸热反应。通过示意图波峰高低来判断有无催化剂。

2、单峰变双峰。考查我们哪个峰才是催化剂改变的活化能。

3、示意图与物质的分子模型结合,加大信息的干扰作用。

4、示意图由定性判断变成定量计算焓变。

5、示意图变成能垒图,通过相对能量来计算活化能。

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