隨著教育改革的不斷推進(jìn)和高考命題思路的不斷更新,高考化學(xué)試題在化學(xué)反應(yīng)機(jī)理方面的命題趨勢(shì)愈發(fā)明顯.這一趨勢(shì)不僅要求學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)的基本原理和核心概念,還要求學(xué)生能夠深入理解反應(yīng)機(jī)理,注重實(shí)際應(yīng)用,追求創(chuàng)新思維.本文將探討這一命題趨勢(shì)的特點(diǎn),以期幫助學(xué)生更好地進(jìn)行備考.
1 強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)和核心概念
高考化學(xué)作為一門(mén)考查學(xué)生化學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的考試,始終將基礎(chǔ)知識(shí)和核心概念作為命題的核心.特別是在化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的考查中,這種趨勢(shì)尤為明顯.這不僅體現(xiàn)在對(duì)基礎(chǔ)反應(yīng)機(jī)理的深入探究,還體現(xiàn)在將反應(yīng)機(jī)理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,考查學(xué)生的綜合分析能力.
例1 (2023年6月浙江卷)一定條件下,1G苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可與HCl發(fā)生催化加成,反應(yīng)如圖1G甲所示:
反應(yīng)過(guò)程中該炔烴及反應(yīng)產(chǎn)物的占比隨時(shí)間的變化如圖1G乙所示(已知:反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ為放熱反應(yīng)),下列說(shuō)法不正確的是( ).
A.反應(yīng)焓變:反應(yīng)Ⅰ>反應(yīng)Ⅱ
B.反應(yīng)活化能:反應(yīng)Ⅰ<反應(yīng)Ⅱ
C.增加HCl濃度可增加平衡時(shí)產(chǎn)物Ⅱ和產(chǎn)物Ⅰ的比例
D.選擇相對(duì)較短的反應(yīng)時(shí)間,及時(shí)分離可獲得高產(chǎn)率的產(chǎn)物Ⅰ
解析 由圖1G甲可知,反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅲ,反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ都是放熱反應(yīng),所以反應(yīng)Ⅱ也是放熱反應(yīng),且反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)熱比反應(yīng)Ⅰ小,即存在反應(yīng)焓變:反應(yīng)Ⅰ>反應(yīng)Ⅱ,選項(xiàng)A 說(shuō)法正確.反應(yīng)所需的活化能越小,反應(yīng)速率越快,相同時(shí)間內(nèi)所占比例越大,由圖可知,短時(shí)間內(nèi),產(chǎn)物Ⅰ的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)物Ⅱ,說(shuō)明反應(yīng)Ⅰ的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)Ⅱ,則所需活化能:反應(yīng)Ⅰ<反應(yīng)Ⅱ,選項(xiàng)B說(shuō)法正確.由于存在產(chǎn)物Ⅰ與產(chǎn)物Ⅱ之間的可逆反應(yīng),K 與氯化氫含量無(wú)關(guān),因此比值不會(huì)隨著HCl含量的改變而改變,選項(xiàng)C說(shuō)法錯(cuò)誤.由圖可知,相對(duì)較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物Ⅰ的占比較大,所以選擇相對(duì)較短的反應(yīng)時(shí)間,及時(shí)分離可獲得高產(chǎn)率的產(chǎn)物Ⅰ,選項(xiàng)D說(shuō)法正確.
答案 C.
2 注重實(shí)際應(yīng)用
在近年高考中,實(shí)際應(yīng)用類(lèi)試題在化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的考查中愈發(fā)受到重視.這一轉(zhuǎn)變不僅體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科與實(shí)際生活的緊密聯(lián)系,更突顯了高考對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的全面要求.化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,作為化學(xué)學(xué)科的核心內(nèi)容,其實(shí)際應(yīng)用不僅關(guān)乎學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握,更在于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力.
例2 (2023年北京卷,節(jié)選)尿素[CO(NH2)2]合成的發(fā)展體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步.
(1)19世紀(jì)初,用氰酸銀(AgOCN)與NH4Cl在一定條件下反應(yīng)制得CO(NH2)2,實(shí)現(xiàn)了由無(wú)機(jī)物到有機(jī)物的合成.該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________.
(2)20世紀(jì)初,工業(yè)上以CO2 和NH3 為原料在一定溫度和壓強(qiáng)下合成尿素.反應(yīng)分兩步:
?。瓹O2 和NH3 生成NH2COONH4;
ⅱ.NH2COONH4 分解生成尿素.
結(jié)合反應(yīng)過(guò)程中能量變化示意圖(如圖2),下列說(shuō)法正確的是________(填序號(hào)).
a.活化能:反應(yīng)?。挤磻?yīng)ⅱ
b.ⅰ為放熱反應(yīng),ⅱ為吸熱反應(yīng)
c.CO2(l)+2NH3(l)=CO(NH2)2(l)+H2O(l)ΔH =E1-E4
解析 (1)AgOCN 與NH4Cl在一定條件下反應(yīng)制得CO(NH2)2 和AgCl,根據(jù)原子守恒,該反應(yīng)化學(xué)方程式為AgOCN+NH4Cl=CO(NH2)2+AgCl.
(2)由圖可知,反應(yīng)ⅰ的活化能是E1,反應(yīng)ⅱ的活化能是E3,E1<E3,故a正確.從圖中反應(yīng)物和生成物能量的相對(duì)大小可看出ⅰ為放熱反應(yīng),ⅱ為吸熱反應(yīng),故b正確.總反應(yīng)的ΔH =E1-E2+E3-E4,即CO2(l)+2NH3(l)=CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH =E1-E2+E3-E4,故c錯(cuò)誤.答案為a、b.
3 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究
高考試題對(duì)于化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的考查逐漸轉(zhuǎn)向與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,這一轉(zhuǎn)變不僅凸顯了化學(xué)作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的本質(zhì),更強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)在理解和分析化學(xué)反應(yīng)機(jī)理中的核心地位.考生不僅需要掌握理論知識(shí),更需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證、探究和應(yīng)用這些理論知識(shí).
例3 (2024年1月浙江卷,節(jié)選)通過(guò)電化學(xué)、熱化學(xué)等方法,將CO2 轉(zhuǎn)化為HCOOH 等化學(xué)品,是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的途徑之一.
為提高效率,該研究小組參考文獻(xiàn)優(yōu)化熱化學(xué)方法,在圖3 所示密閉裝置中充分?jǐn)嚢璐呋瘎㎝ 的DMSO(有機(jī)溶劑)溶液,CO2 和H2 在溶液中反應(yīng)制備HCOOH,反應(yīng)過(guò)程中保持CO2(g)和H2(g)的壓強(qiáng)不變,總反應(yīng)CO2+H2?HCOOH 的反應(yīng)速率為v,反應(yīng)機(jī)理如下列3個(gè)基元反應(yīng),各反應(yīng)的活化能E2<E1?E3(不考慮催化劑活性降低或喪失).
Ⅳ:M+CO2?Q E1.
Ⅴ:Q+H2?L E2.
Ⅵ:L?M+HCOOH E3.
(1)催化劑M 足量條件下,下列說(shuō)法正確的是________(填序號(hào)).
A.v 與CO2(g)的壓強(qiáng)無(wú)關(guān)
B.v 與溶液中溶解H2 的濃度無(wú)關(guān)
C.溫度升高,v 不一定增大
D.在溶液中加入N(CH2CH3)3,可提高CO2 轉(zhuǎn)化率
(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得:298K,p(CO2)=p(H2)=2MPa下,v 隨催化劑M 濃度c 變化如圖4所示.c≤c0 時(shí),v隨c 增大而增大;c>c0 時(shí),v 不再顯著增大.請(qǐng)解釋原因: ________.
解析 (1)v 與CO2(g)的壓強(qiáng)有關(guān),壓強(qiáng)越大,溶液中CO2 的濃度越大,v 越大,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.v與溶液中溶解H2 的濃度有關(guān),H2 的濃度越大,速率越快,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.溫度升高,v 不一定增大,反應(yīng)Ⅳ和Ⅴ是快反應(yīng),而Ⅵ是慢反應(yīng)(決速步驟),若Ⅳ和Ⅴ是放熱反應(yīng)且可以快速建立平衡狀態(tài),則隨著溫度升高L的濃度減小,若L的濃度減小對(duì)反應(yīng)速率的影響大于溫度升高對(duì)總反應(yīng)速率的影響,則總反應(yīng)速率減小,總反應(yīng)的速率不一定增大,選項(xiàng)C正確.在溶液中加入的N(CH2CH3)3 會(huì)與HCOOH 反應(yīng),使得3個(gè)平衡正向移動(dòng),可提高CO2 轉(zhuǎn)化率,選項(xiàng)D正確.
(2)因各反應(yīng)的活化能E2<E1?E3,反應(yīng)Ⅵ為決速步驟,但L的濃度取決于反應(yīng)Ⅴ和Ⅳ,故v 與催化劑M 的濃度、反應(yīng)物CO2 和H2 的濃度有關(guān).當(dāng)c≤c0時(shí),催化劑M 活性位點(diǎn)數(shù)量不夠,v 取決于催化劑M的濃度;當(dāng)c>c0 時(shí),催化劑M 活性位點(diǎn)數(shù)量足夠,v取決于反應(yīng)物CO2 和H2 的濃度.
總之,學(xué)生需要全面掌握理論知識(shí),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)踐應(yīng)用,并提高分析和解決問(wèn)題的能力.
(完)