催化劑、活化能、速率常數(shù)問題討論一、催化劑基本問題①在適宜的溫度(活化溫度)下使用，否則會失去活性，降低效率。②會中毒，工業(yè)上對原料要凈化③催化劑能改變活化能，但不能改變焓變④催化劑對同一反應(yīng)的正逆反應(yīng)同時影響催化劑不會影響平衡的移動，是不會影響平衡轉(zhuǎn)化率的，但是可以影響物質(zhì)的產(chǎn)率。化工生產(chǎn)要考慮生產(chǎn)效率問題，不一定要等到反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。化學(xué)反應(yīng)往往是在非平衡狀態(tài)進(jìn)行，化工上的產(chǎn)率，它包括生產(chǎn)效率的意思在內(nèi)。意思就是反應(yīng)速率越快，單位時間生產(chǎn)效益提高了，某物質(zhì)的產(chǎn)率就提高了。使用催化劑可以提高物質(zhì)的產(chǎn)率。首先是使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，那當(dāng)然就可以提高生產(chǎn)效率。其次是催化劑有選擇性和專一性，化工生產(chǎn)時，可以控制反應(yīng)條件，選擇一種合適的催化劑。選擇高效、高選擇性的催化劑，只催化主反應(yīng)，而對副反應(yīng)不起作用，從而加快主反應(yīng)的反應(yīng)速率，減少了副反應(yīng)，提高主反應(yīng)中產(chǎn)物的產(chǎn)率。二、活化能問題蘇教版選修四P38反應(yīng)熱為△H＝Ea－Ea′。原有催化劑的活化能反應(yīng)活化能△H△H參考陜西單老師文章。活化能最大是慢反應(yīng)，屬于決速步驟。對于總反應(yīng)來說，能壘最高峰所在位置的勢能與反應(yīng)物所在位置的勢能之差為該反應(yīng)的活化能。如上圖所示總反應(yīng)活化能是Ea1。《物理化學(xué)》第五版下冊(南大，傅獻(xiàn)彩)P285從右圖可知，對于總反應(yīng)來說，能壘最高峰所在位置的勢能與反應(yīng)物所在位置的勢能之差為該反應(yīng)的活化能。如右圖所示總反應(yīng)活化能是Ea。這表觀活化能也稱為總包反應(yīng)活化能或?qū)嶒灮罨堋＠?、（2019年全國卷1）我國學(xué)者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面的物種用*標(biāo)注簡單理解：能壘就像爬坡，正反應(yīng)能壘就是所有的上坡，也就是能壘全部是正值。最大能壘就是最高的坡。最大能壘=某過渡態(tài)相對能量—中間產(chǎn)物的相對能量交流與討論：CO+H

O=CO

+H（1）寫出水煤氣變換反應(yīng)的總反應(yīng)式_____________________；2

2

2（2）水煤氣變換的△H_小__于__0（填“大于”，“等于”或“小于”）；（3）該歷程中最大的能壘（活化能）E

=________ev，寫出該步正COOH*+H*+H

O*=COOH*+2H*+OH*或H

O*=

H*+OH*驟的化學(xué)方程式：___________________________________。22（3）由題中圖示可知水煤氣變換時反應(yīng)前相對能量0eV，反應(yīng)后相對能量-0.72eV，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H小于零。該歷程中最大的能壘（活化能）應(yīng)是升至1.86eV的過渡態(tài)2再降至1.41eV。E正=1.86－（－0.16）=2.02(ev)。題中設(shè)問“該歷程中最大能壘（活化能）”，需要對活化能加深認(rèn)知，為能量上升階段，（爬坡階段段。例3、（2020山東新高考測試）下列說法正確的是（

）（雙選）A.①為氮氮三鍵的斷裂過程BCB.①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④⑤在低溫區(qū)發(fā)生C.④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程D.使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)【答案】BC【解析】A選項，經(jīng)歷①過程之后氮氣分子被催化劑吸附，并沒有變成氮原子，所以A錯誤。B選項，①為催化劑吸附N2的過程，②為形成過渡態(tài)的過程，③為N2解離為N的過程，以上都需要在高溫時進(jìn)行。④⑤在低溫區(qū)進(jìn)行是為了增加平衡產(chǎn)率，所以B正確。C選項，由題中圖示可知，過程④完成了Ti-H-Fe-*N到Ti-H-*N-Fe兩種過渡態(tài)的轉(zhuǎn)化，N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域傳遞。C正確。D選項，化學(xué)反應(yīng)不會因加入催化劑而改變吸放熱情況，所以D錯誤。例4、（2020北京新高考測試）選B練習(xí)1：已知H

O

的分解反應(yīng)為：2H

O

=2H

O+O

↑

，在含有2

22

222少量I-的溶液中，H2O2的分解機理為：①H

O

+I-

=H

O+IO-2

22H

O

+IO

=H

O+O

+I--②__2

222交流與討論：（1）寫出反應(yīng)②的離子方程式；失而復(fù)得自生自滅（2）此過程機理中_

是催化劑，

是中間產(chǎn)物；（3）I-

的濃度能否影響雙氧水的分解速率？（4）畫出此反應(yīng)過程中無催化劑和有催化劑的能量變化圖像。（4）畫出此反應(yīng)過程中無催化劑和有催化劑的能量變化圖像。解決兩個問題（1）反應(yīng)熱的大小（2）活化能的大小練習(xí)2、（浙江選考）有研究表明，生成NaClO3的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：I

2ClO

=ClO

+Cl---2II

ClO

+ClO

=ClO

+Cl----23常溫下，反應(yīng)II能快速進(jìn)行，但氯氣與NaOH溶液反應(yīng)很難得到NaClO3，試用碰撞理論解釋其原因：___________________。反應(yīng)I的活化能高，活化分子百分?jǐn)?shù)低，是一個慢反應(yīng)，不利于ClO—向ClO3-轉(zhuǎn)化。練習(xí)3、浙江選考）2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯（P?Haber）獲得諾貝爾獎100周年。N

和H

生成NH

的反應(yīng)為：2231/2N

（g）+3/2H

（g）NH3（g）△H(298K)=-kJ?mol-122在Fe催化劑作用下的反應(yīng)歷程為（*表示吸附態(tài)）化學(xué)吸附：N

(g)→2N*；H

(g)→2H*；22表面反應(yīng)：N*+H*NH*；NH*+H*NH2*；NH2*+H*脫附：NH3*其中，N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。NH3*NH3（g）實際生產(chǎn)中，常用工藝條件：Fe作催化劑，控制溫度773K，壓強×107Pa，原料中N

和H

物質(zhì)的量之比為22分析說明原料氣中N2過量的理由。原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，?適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率。練習(xí)4、浙江選考）(2)NO氧化反應(yīng)：2NO