化學試題中有關催化機理的考查

黃 金

(湖北襄陽市谷城縣第三中學)

化學從微觀、宏觀和符號3種角度認識物質及其變化并建立起它們之間的聯系.因此,化學學習過程,常常需要從微觀視角探討物質的本質,或對基于微觀或模型分析推理的結果通過實驗手段進行證實或證偽,從而得出物質及其變化的基本規律或相關理論.因此,對化學知識微觀分析的考查成為高考的熱點,有關催化機理的考查是近年常考的知識點之一.

1 結合化學反應能量變化考查

化學反應催化機理示意圖中涉及化學反應過程中每一步的轉化.物質的轉化過程中有化學鍵的斷裂和形成,根據斷鍵吸熱,成鍵放熱的原理可以判斷反應過程中的能量變化.

例1CO2加氫制CH4的一種催化機理如圖1所示,下列說法錯誤的是( ).

圖1

A.H2經過Ni活性中心裂解產生活化態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在反應過程中均起催化作用

分析由圖可知,H2經過Ni活性中心裂解產生活化態H*的過程為共價鍵斷裂的過程,是一個吸熱過程,選項A 說法正確.由圖可知,La2O2CO3轉化為La2O3時釋放出,選項B 說法正確.由圖可知,La2O3、Ni為反應的催化劑,起催化作用,La2O2CO3為反應的中間產物,選項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生有效碰撞,則更容易發生有效碰撞,選項D說法正確.答案為C.

2 結合電化學考查

在電化學裝置中,物質在電極上的反應通常用箭頭表示.同樣,物質的催化機理也是用箭頭表示物質在催化劑表面發生的變化.電化學原理結合催化機理考查,更能體現化學核心素養的要求.

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接電源負極

B.處理1molNO3－,電路中轉移5mole－

C.HClO 在陽極生成:

D.電極b的反應方程式為

3 總反應化學方程式考查

許多化學反應都在存在催化劑的條件下進行,發生多步反應,每一步都有物質的轉化,根據化學反應催化機理可以推出各步反應的化學方程式或總化學方程式.

例3某種含二價銅的催化劑[CuⅡ(OH)(NH3)]＋可用于汽車尾氣脫硝.催化機理如圖3所示,反應過程中不同態物質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.該脫硝過程總反應的焓變ΔH＞0

B.由狀態①到狀態⑤所發生的反應均為氧化還原反應

C.狀態③到狀態④的變化過程中有O—H 鍵的形成

D.總反應的化學方程式為4NH3(g)＋2NO(g)＋

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

有O—H 鍵的形成,選項C正確.由圖3可知,該脫硝過程反應物有NH3、NO、O2,生成物有H2O、N2,根據圖3所給數據可知,反應物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的化學方程式為

4 綜合考查

例4MnO2催化某反應的一種催化機理如圖5所示.下列敘述正確的是( ).

圖5

A.該機理的總反應為

B.催化過程中,所發生的反應均為氧化還原反應

C.反應中有極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成

D.反應過程中,溶液的酸性減弱

分析由催化機理圖可知,O2和HCHO 在催化劑MnO2的作用下,生成了CO2和H2O,該機理的總反應為,選項A 正確.催化機理中與H＋反應生成CO2的過程不是氧化還原反應,選項B 錯誤.·OH 和HCHO 反應生成了·CHO 和H2O,有極性鍵的斷裂和生成，與·CHO反應生成,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C 錯誤.由總反應可知,反應過程中生成了H2CO3,溶液由中性變為弱酸性,選項D 錯誤.答案為A.

總之,化學試題中有關催化機理的考查,一定要找出反應物和生成物,有哪些物質是在中間過程參與其中的,從反應物到生成物經歷了哪些反應歷程,在這些歷程中物質的化學鍵是如何斷裂和形成的,能量是如何變化的,最后根據反應歷程寫出反應的總化學方程式.

(完)