例析反应历程类试题的解题方法

■河南省鄢陵县第一高级中学 冯存良

化学反应历程类试题经常会给出一些新信息,需要考生分析新信息中的反应机理,并在题目中对给予的信息进行整理利用,从而考查考生自学能力与分析推理能力。此类试题综合性强,难度中等,考查的核心素养以证据推理与模型认知和宏观辨识与微观探析为主,对考生能力要求较高。在备考时,可有意识地进行一些陌生“反应机理”题的训练,提升自己“挖掘反应机理的隐含信息,准确提取反应实质”的能力,也可以减少考场中的陌生度,增强自信心。

题型一:与催化有关的反应历程类试题

例1研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化,在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出),图1所示为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是( )。

图1

A.CO的催化氧化反应为2CO+O2＝＝2CO2

B.反应路径1的催化效果更好

C.路径1和路径2第一步能量变化都为3.22 eV

D.路径1中最大能垒(活化能)E正=1.77 eV

解析:由图可知,CO在Pd2催化作用下与氧气反应产生CO2,反应的化学方程式为2CO+O2＝＝2CO2,A项正确。由图可知,反应路径2所需总的活化能比反应路径1低,反应路径2的催化效果更好,B项错误。反应路径1和反应路径2的第一步能量变化均为3.22 eV,C项正确。活化能指常态变为容易发生化学反应的活跃状态即过渡态所需要的能量,故路径1中最大能垒(活化能)E正=-3.96 eV-(-5.73 eV)=1.77 eV,D项正确。

答案:B

【解题指导】催化机理类历程图解题方法如下。

1.明确反应物与生成物。解析这类题图时,首先明确催化剂的作用:降低活化能,加快反应速率,而不改变反应物与生成物的能量。

2.明确催化剂和中间产物。最重要的是厘清反应途径,结合催化剂的反应机理,找出活化能降低的路径,再从图示中分析出若干个反应,通过分步反应区分出哪些是参与反应但反应前后没有改变的,即为催化剂;哪些是反应历程中新生成的,且是后续反应的反应物,即为中间产物。

3.得出总反应。依据质量守恒定律,确定反应物与生成物后配平方程式,写出总反应,同时标出催化剂和反应条件。

题型二:循环体系的反应历程类试题

例2我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除,部分反应机理如下页图2所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。有关该过程的叙述错误的是( )。

图2

A.产生清洁燃料H2

B.H2S脱除率不是100%

C.H2S只被氧化

D.催化剂表面发生了极性共价键的断裂

解析:由机理图可知,H2S被吸附在催化剂活泼炭表面形成H原子,H原子与H原子成键生成清洁燃料H2,A项正确。由机理图可知,H2S分解产生的H2和S会再次生成部分H2S,故H2S脱除率小于100%,B项正确。由机理图可知,H2S在催化过程中形成了SO2、单质S、CS2和H2,S元素化合价升高被氧化,H元素化合价降低被还原,则H2S既被氧化又被还原,C项错误。H2S被吸附在催化剂活泼炭表面形成H原子和S原子,断裂的H—S键是极性共价键,D项正确。

答案:C

【解题指导】循环体系类历程图解题方法如下。

1.明确反应物和生成物。解析这类题图时,最重要的是看清图示中的箭头,明确哪些物质进入循环体系,哪些物质离开循环体系,进入循环体系的物质为总反应的反应物,离开循环体系的物质为总反应的生成物。

2.明确催化剂和中间产物。从循环图示中找出分解成的若干个反应,通过分步反应区分出哪些是催化剂,哪些是中间产物。

3.写出总反应。依据质量守恒定律,确定循环图示中没标出的物质,利用氧化还原反应的配平方法进行配平,写出总反应,同时标出催化剂和反应条件。

题型三:与反应热有关的反应历程类试题

例3理论研究表明,在101 kPa和298 K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图3所示。下列说法错误的是( )。

图3

A.HCN比HNC稳定

B.该异构化反应的 ΔH=+59.3 kJ·mol-1

C.正反应的活化能大于逆反应的活化能

D.使用催化剂,可以改变反应的反应热

解析:HCN的能量低于HNC的能量,能量越低越稳定,A项正确。根据题图可知反应为吸热反应,该反应的ΔH=+59.3 kJ·mol-1,B项正确。正反应的活化能为186.5 kJ·mol-1,逆反应的活化能为186.5 kJ·mol-1-59.3 kJ·mol-1=127.2 kJ·mol-1,故正反应的活化能大于逆反应的活化能,C项正确。催化剂只能改变反应速率,不影响反应热,D项错误。

答案:D

【解题指导】认识反应热的“两个角度”和“三种计算方法”。

化学反应中能量变化图示images/BZ_44_1308_1772_2002_2051.png图像分析微观角度 宏观角度a表示断裂旧化学键吸收的能量;b表示生成新化学键放出的能量;c表示反应热a表示反应物的活化能;b表示活化分子形成生成物释放的能量;c表示反应热ΔH的计算①根据反应物和生成物的焓值计算:ΔH=H(生成物)-H(反应物)②根据反应物和生成物的键能计算:ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)③根据正、逆反应的活化能计算:ΔH=Ea(正反应活化能)-Eb(逆反应活化能)