赵成龙, 卢胜

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》指出：大多数的化学反应并不是通过简单的碰撞就可以完成，而是要经过多步的基元反应才能实现，即化学反应是有历程的，而且反应历程还能通过催化剂进行改变.这部分内容呈现在新教材选择性必修1的“第二章第一节”,同时还增加了基元反应、反应历程等新知识，其重要性可见一斑.近年来，随着化学反应机理题频繁出现于模拟题和高考题中而逐渐成为经典题型，其考点源于教材而又高于教材，并以此为载体综合考查学生的基础知识和化学学科思维.

一、解模构建

解题模型的构建不仅能快速厘清并解答某一类问题，也是发展培养化学思维的重要方式之一.解答化学反应机理问题的关键是判断出反应历程中的反应物、中间产物或过渡态、催化剂和产物.

化学反应历程一般包含多个基元反应，过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的过程中须经历活化络合物的过渡态，过渡态分子的能量在基元反应中最高，过渡态能量与反应物分子的能量差即活化能(能垒),活化能越大，反应速率越小，反应速率最小的基元反应即反应历程的决速步；中间产物即是参与循环的基元反应产物.

二、典例探析

1.能量变化机理型

例题1 我国科研人员研发了一种新型催化材料Au15/MoC,可以使水煤气在低温下进行变换.反应机理如图1所示，“*”标注的物种指的是吸附在催化剂表面，TS表示过渡态.下列有叙述错误的是( ).

A.反应历程中的最大能垒为0.82 kJ/mol

B.最稳定的过渡态为TS3

C.该历程中的基元反应个数为7个

D.该历程涉及极性键的断裂和生成

探析 “TS”表示过渡态，过渡态即对应基元反应的反应物发生反应必须经历的高能量的活化络合物的过渡状态，过渡态的个数即基元反应的个数，本题图示有3个基元反应，C选项错误；过渡态与对应基元反应反应物之间的能量差即活化能(能垒),最大能垒出现在基元反应CO*+2H2O*→CO*+H2O*+OH*+H*,能垒为-0.60 kJ/mol-(-1.42 kJ/mol)=0.82 kJ/mol, A选项正确；依据能量越低越稳定，可以判断过渡态TS3最稳定，B选项正确；依据图1所示判断反应总方程式为CO (g)+Η 2 Ο(g) = 催化剂 CΟ 2 (g)+Η 2 (g) ,可以推断该历程有极性键的断裂和形成，D选项正确(依据图1中的分步反应物质变化同样可以得出该结论).

答案：C

点拨 本题以科研成果Au15/MoC低温条件下催化水煤气变换为真实情境，以能量机理图为载体，考查了活化能(能垒)、物质稳定性判断、基元反应判断、化学键等知识.在考查基础知识的同时，注重对学生微观探析和社会责任等核心素养的考查.

2.催化反应机理型

例题2 科研人员提出PM2.5中所含的硫酸盐(含SO2-4、HSO-4)生成机理，其历程示意图如图2所示.下列叙述正确的是( ).

A.第Ⅰ阶段的反应物有3种

B.该过程中NO2为催化剂

C.第Ⅲ阶段仅有极性键的断裂和形成

D.反应的总方程式为：

2ΝΟ 2 +SΟ 3 2- +Η 2 Ο = ΝΟ 2 - +ΗΝΟ 2+HSO-4

探析 知识的学习不能生搬硬套，不能一味地依据箭头的指向来判断某步反应的反应物和生成物，图示中， SΟ 3 2- → e - ΝΟ 2 ,这里的箭头明显示意的是电子的转移方向，那么第Ⅰ阶段是NO2和SO 3 2- 反应生成SO-3和NO-2的过程，离子方程式为：

ΝΟ 2 +SΟ 3 2- = SΟ 3 - +ΝΟ -2

H2O并没有参与化学反应，A选项错误；NO2进入反应机理却没有参与循环再生成，故NO2是反应物而不是催化剂，B选项错误；观察第Ⅲ阶段物质化学键的变化，注意虚线“…”不是化学键，可以得出断裂的化学键有H2O中的H—O键，形成了HSO-4中的S—O键和HNO2中的H—O,仅有极性键的断裂和形成，C选项正确；图示机理中NO2、SO 3 2- 和H2O反应生成NO-2、HNO2和HSO-4,反应的总方程式为：

2ΝΟ 2 +SΟ 3 2- +Η 2 Ο = ΝΟ 2 - +ΗΝΟ 2+HSO-4

D选项正确.

答案：CD

点拨 本题以空气质量指标PM2.5中硫酸盐的形成为情境，以催化机理图为载体，考查了反应物、生成物、催化剂的判断、化学键等知识.在考查基础知识的同时，落实了微观探析、科学探究、科学精神与社会责任等核心素养.

3.循环反应机理型

例题3 CO2的合理利用在保护环境的同时可以带来巨大的经济效益，为此科研人员设计一种CO2的固定方法，其机理如图3所示.下列叙述不正确的是( ).

A.该反应的原子利用率为100%

B.该历程中的催化剂为X

C.反应历程中CO2参与反应的步骤仅涉及极性键的断裂和形成

D.若将替换为,则产物为

探析 本机理图中，进入机理的物种为、CO2和I-,其中和CO2为反应物，I-同时参与循环即为催化剂；脱离机理的物质为,为生成物；X是随最终生成物同时生成的物质且参与循环，为催化剂，故反应的总化学方程式为 +CΟ 2 → X Ι - ,A选项正确，B选项错误.观察CO2参与的反应，可以判断反应中化学键的变化：,断裂和形成的化学键均为极性键，C选项正确；由反应总方程式和CO2参与反应化学键变化情况可以得出D选项正确.

答案：B

点拨 本题以环境保护和经济效益为真实情境，以循环反应机理图为载体，考查了反应物、生成物、催化剂的判断以及化学键的断裂和形成等知识，在考查基础知识的同时，还集中考查了宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任等化学学科核心素养的形成水平.

综上所述，解答化学反应机理问题的一般思路是先明确机理问题的呈现方式，再依据解题模型提取并应用有效的信息达成目标.化学反应机理问题不仅是对基础知识的考查，更是对关键能力的考查，是综合考查学生化学学科核心素养的重要载体.