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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2023/6/5 Monday,#,化學(xué)反應(yīng)機理歷程、活化能、催化劑,2021,年熱門考點,基于真實情境，,考查學(xué)生綜合運用知識的能力，,與化工生產(chǎn)關(guān)系密切的催化劑，,主要從反應(yīng)歷程、活化能、速率、平衡移動等，考查催化劑對反應(yīng)的影響。,從試題形式上看，,常常融合圖像、表格等信息呈現(xiàn)形式，,考查學(xué)生吸收和整合陌生信息的能力。,1.,碰撞理論,反應(yīng)物分子,(,或原子、離子,),之間必須相互碰撞，才有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是反應(yīng)物分子之間并不是每一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)。,活化分子：,是指一些動能特大,且能發(fā)生有效碰撞的分

2、子。,活化能,(Ea,),：,活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差，,即：,Ea,活化分子,Ea*,普通分子,E,注意：,(1),一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約在,40,400KJ.mol-1,之間；,(2),一定溫度，反應(yīng)活化能,(Ea,),越大，活化分子百分數(shù)越小，,反應(yīng)速度越慢；反之,Ea,越小，活化分子所占的百分數(shù)越大，,反應(yīng)速度越快。,反應(yīng)速率理論簡介,過渡狀態(tài)理論認為：化學(xué)反應(yīng)不只是通過反應(yīng)物分子之間簡單碰撞就能完成的，而是在碰撞后先要經(jīng)過一個中間的過渡狀態(tài)，即首先形成一種活性集團(活化配合物),A+B-C ABC,A-B+C,活化絡(luò)合物,快,慢,活化絡(luò)合物不穩(wěn)定，或是恢復(fù)為反應(yīng)物

3、，或是變成產(chǎn)物。若產(chǎn)物分子能量比一般反應(yīng)物分子低，多余能量便以熱的形式釋放出來，就是放熱反應(yīng)；反之，即是吸熱反應(yīng),（,2,）過渡狀態(tài)理論,反應(yīng)進程,勢能,反應(yīng)熱與活化能的關(guān)系,:,A,2,+B,2,A,2,B,2,2AB,H,=,E,a -,E,a,A,2,+B,2,2,AB,A,B,A,B,E,a,E,a,H,正反應(yīng)的,活化能,逆反應(yīng)的,活化能,反應(yīng)熱,活化能的特征,1.,均為正值，一般在：,40400,kJmol,-1,，,Ea,400,慢得難以覺察。,2.,活化能的大小僅由反應(yīng)物本性及反應(yīng)的途徑?jīng)Q定，,與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，在溫度變化不大時，也與溫度無關(guān),3.,一般地，,E,a,愈小，活化

4、分子數(shù)愈多，,單位體積內(nèi)碰撞次數(shù)愈多，其反應(yīng)速率愈大,40,，,CCl,4,中,N,2,O,5,分解反應(yīng)的,：,c,(N,2,O,5,),化學(xué)反應(yīng)速率方程,N,2,O,5,的分解速率與,N,2,O,5,濃度的比值是恒定的，,即反應(yīng)速率,與,c,(N,2,O,5,),成正比。,(1),基元反應(yīng)的速率方程,反應(yīng)物分子在有效碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。,（由一個基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為簡單反應(yīng)）。,對一般基元反應(yīng)，則,v,=,kc,a,(A),c,b,(B).,(,質(zhì)量作用定律）,k,為速率常數(shù)：,與,T,有關(guān)，與,c,無關(guān),n,=a+b+,(,反應(yīng)級數(shù),),（,2,）由兩個或多個

5、基元反應(yīng)的反應(yīng)：,實際是兩步完成：,如：,H,2,(g)+I,2,(g)=2HI(g),I,2,(g)=I(g)+I(g),H,2,(g)+I,(g)+I(g)=HI(g)+HI(g),反應(yīng)級數(shù)越大，則反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響越大。,（,3,）在多相反應(yīng)中,固態(tài)反應(yīng)物的濃度和,不互溶的純液體反應(yīng)物的濃度不寫入速率方程。,C(s)+O,2,(g),CO,2,(g),2 Na(l)+2 H,2,O(l),2 NaOH(aq)+H,2,(g),速率方程分別為：反應(yīng)速率,=,k c,(O,2,),反應(yīng)速率,=,k,（,4,）對氣相反應(yīng)和有氣相參與的反應(yīng),速率方程中濃度項可用分壓代替。,碳與氧生成二氧

6、化碳反應(yīng)的速率常數(shù)亦可表示為：,反應(yīng)速率,=,k,p,(O,2,),（顯然,k,不是,k,）,（,4,）阿侖尼烏斯,(Arrhenius),經(jīng)驗公式,A,：反應(yīng)的特征常數(shù)，稱為指前因子,e,：自然對數(shù)的底數(shù)，,2.718,R,：,氣體常數(shù)，為,8.314 Jmol,-1,K,-1,T,：熱力學(xué)溫度,(K),E,a,：活化能,(kJ mol,-1,),K=A,.,e,Ea,RT,催化劑,:,存在少量就能顯著改變反應(yīng)速率，反應(yīng)結(jié)束時，,其自身的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)基本不變的物質(zhì)。,催化特點：,(5),催化劑與催化作用,高效性，可以大大地加快反應(yīng)速率。,選擇性，反應(yīng)不同，催化劑不同。,同等程度地加快

7、正、逆反應(yīng)的速率。,不能改變反應(yīng)的可能性和平衡常數(shù)。,【,例,】,已知乙醛的催化分解與非催化分解反應(yīng)分別為,:,CH,3,CHO=CH,4,+CO E,a,催,=136 kJmol,-1,CH,3,CHO=CH,4,+CO E,a,=190 kJmol,-1,若反應(yīng)與的指前因子,A,近似相等，,在,300K,時，反應(yīng)的反應(yīng)速度是反應(yīng),_,倍。,2.510,9,均相催化：反應(yīng)物與催化劑處于同一相。,例：,2SO,2,(g)+O,2,(g)=2SO,3,(g)NO,作催化劑,S,2,O,8,2-,+2I,-,=2SO,4,2-,+I,2,Cu,2+,作催化劑,多相催化：催化劑與反應(yīng)物處于不同的相中

8、，,反應(yīng)在催化劑表面進行。,例,:C,2,H,4,+H,2,=C,2,H,6,Ni,作催化劑,N,2,+3H,2,=2NH,3,Fe,作催化劑,均相催化和多相催化,多相催化原理,：反應(yīng)物被吸附在催化劑的表面，使反應(yīng)物部分化學(xué)鍵被削弱，,從而較易進行反應(yīng)生成產(chǎn)物，反應(yīng)后產(chǎn)物從催化劑表面解吸。,催化劑表面的吸附示意圖,多相催化,作用僅僅發(fā)生在,催化劑表面,所以催化作用能力的大小與,催化劑的表面積大小,密切相關(guān)。,酶催化,酶催化的特點：,高效性，比普通催化劑高得多。,選擇性更強。,溫度過高、酸堿度過大會使酶失去活性。,k,催,k,=10,8,10,20,生物體內(nèi)存在著的一類具有催化能力的蛋白質(zhì),稱為

9、酶。,化學(xué)反應(yīng)機理的分析,1,.,催化機理圖形分析三部曲,吸附機理、分解機理、化學(xué)鍵的形成與斷裂部位,如：,HCOOH,催化釋氫。在催化劑作用下，,HCOOH,分解生成,CO,2,和,H,2,可能的反應(yīng)機理如圖所示。,歸納總結(jié),催化劑參與化學(xué)反應(yīng),(,質(zhì)量在反應(yīng)前后不變,),。,反應(yīng)過程中催化劑成鍵數(shù)目發(fā)生變化。,中間體,(,既不是反應(yīng)物，也不是生成物,),。,跟蹤斷鍵與成鍵的位置，吸附與解吸過程。,2.,反應(yīng)過程描述題的思維方法,應(yīng)用舉例,(2022,江蘇蘇州高三調(diào)研,),硝基苯是一種具有穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)、高毒性、難生物降解的污染物。工業(yè)上采用吸附、還原、氧化等方法可有效降解廢水中的硝基苯。,(

10、1),活性炭因為有較大的比表面積、多孔結(jié)構(gòu)而具有較強的吸附能力，其物理吸附平衡建立如圖,1,所示?；钚蕴刻幚淼蜐舛鹊南趸綇U水時，當溫度超過,50,，活性炭對硝,基苯的吸附量顯著下降，原因是,_,_,。,(,請從平衡移動角度解釋,),。,活性炭吸附是放熱過程，溫度升高，平衡,朝著脫附的方向進行，不利于硝基苯的吸附，導(dǎo)致吸附量顯著下降,(2),鐵炭混合物中極小顆粒的炭分散在鐵屑內(nèi)，具有吸附作用，同時作正極材料構(gòu)成原電池加快反應(yīng)速率，還能防止鐵屑結(jié)塊。,酸性環(huán)境中，鐵炭混合物處理硝基苯廢水，難生物降解的硝基苯首先被還原為亞硝基苯,(),，然后進一步被還原成可生物降解的苯,胺，寫出生成亞硝基苯的電極

11、反應(yīng)式：,_,_,。,2H,2e,=,=,H,2,O,硝基苯的降解率隨,pH,變化如圖,2,所示。,pH,為,4,時，降解率達,100%,，,pH,為,10,時，降到,50%,左右。在堿性條件下，隨著,pH,升高，降解率降低的原因是,_,_,在堿性條件下，隨著,pH,升高，,Fe,腐,_,。,蝕反應(yīng)生成的,Fe,3,轉(zhuǎn)化為,Fe(OH),3,沉淀，覆蓋,在鐵屑的表面，阻礙了電子的傳遞，抑制了反應(yīng)的進行，導(dǎo)致硝基苯的降解率降低,(3),研究發(fā)現(xiàn)，,H,2,O,2,在,Fe,2,、,Mn,2,等離子作用下能夠生成羥基自由基,(HO),。,HO,具有很強的氧化作用，是氧化硝基苯的有效因子。,H,2,O,2,、,KMnO,4,作為強氧化劑，也可以與硝基苯直接發(fā)生氧化降解反應(yīng)。,相同條件下，三種氧化劑降解硝基苯的去除率如圖,3,，則該條件下最佳的氧化劑是,_(,填化學(xué)式,),。,向含有,Fe,2,的酸性溶液中滴加,H,2,O,2,，寫出生成,HO,的離子方程式：,_,_,。,H,2,O,2,-KMnO,4,Fe,2,H,2,O,2,H,=,=Fe,3,HO,H,2,O,通過電激發(fā)也可以產(chǎn)生,HO,，可能的機理如圖,4,，產(chǎn)生過程可描述為,_,_,。,O,2,在陰極表,