第6章 高考题型专项突破 化学反应机理历程-【金版教程】2025年高考化学一轮复习创新方案word（新教材，创新版）

金版教程　高考科学复习创新方案　化学 化学反应机理/历程 本类题在高考卷中主要以陌生能量－历程图或反应机理图形式出现，主要考查催化剂、反应物、生成物及中间体的判断、历程中发生的化学反应方程式、物质成键与断键的判断、能量变化、化学反应速率及平衡等知识。 　(2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是(　　) A.使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行 B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大 C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡 D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 [解题思路分析]　由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误。 [答案]　C 　(2022·山东高考)在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.含N分子参与的反应一定有电子转移 B.由NO生成HONO的反应历程有2种 C.增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变 D.当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少 [解题思路分析]　根据题图反应机理知，含N分子发生的反应有NO＋·OOH===NO2＋·OH、NO＋NO2＋H2O===2HONO、NO2＋·C3H7===C3H6＋HONO、HONO===NO＋·OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为＋2价、＋4价、＋3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A正确；根据题图，由NO生成HONO的反应历程有2种，B正确；NO是催化剂，增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变，C正确；无论反应历程如何，在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8＋O22C3H6＋2H2O，当主要发生包含②的历程时，最终生成的水不变，D错误。 [答案]　D 一、化学反应机理/历程类试题解题模板 二、催化剂反应机理题解题方法 1.通览全图，找准一“剂”三“物” 一“剂”指催化剂 催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上 三“物”指反应物、生成物、中间物(或中间体) 反应物 通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物 生成物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是产物 中间体 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　　]”标出 2.逐项分析得答案 根据题给情境信息，找出催化剂、反应物、生成物、中间体，再结合每一选项设计的问题逐项分析判断，选出正确答案。 三、突破能量变化能垒图 注：①能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。 ②用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 ③相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。 1.(2023·湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(Ⅱ)催化剂(用[L­Ru­NH3]＋表示)能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如图所示。 下列说法错误的是(　　) A.Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配体NH3失去质子能力增强 B.M中Ru的化合价为＋3 C.该过程有非极性键的形成 D.该过程的总反应式：4NH3－2e－===N2H4＋2NH 答案　B 解析　Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L­Ru­NH3]2＋中的Ru带有更多的正电荷，其与N原子成键后，Ru吸引电子的能力比Ru(Ⅱ)强，这种作用使得配体NH3中的N—H键极性变强且更易断裂，因此其失去质子(H＋)的能力增强，A正确；M为[L­Ru­N· H2]＋，当[L­Ru­NH2]＋变为M时，N原子的孤电子对拆为2个电子并转移给Ru 1个电子，其中Ru的化合价变为＋2，B错误；该过程M变为[L­Ru­NH2­NH2­Ru­L]2＋时，有N—N键形成，N—N键是非极性键，C正确；从整个过程来看，4个NH3失去了2个电子后生成了1个N2H4和2个NH，Ru(Ⅱ)是催化剂，因此，该过程的总反应式为4NH3－2e－===N2H4＋2NH，D正确。 2.(2022·浙江1月选考)某课题组设计一种固定CO2的方法，原理如图。 下列说法不正确的是(　　) A.反应原料中的原子100%转化为产物 B.该过程在化合物X和I－催化下完成 C.该过程仅涉及加成反应 D.若原料用，则产物为 答案　C 解析　题图中总反应为＋CO2―→，故反应原料中原子利用率是100%，A正确；化合物X、I－在反应前后无变化，均为催化剂，B正确；I－脱离的反应不是加成反应，C错误；类比＋CO2―→的反应特征，知＋CO2―→，D正确。 3.(2021·湖南高考)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示： 下列说法错误的是(　　) A.该过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑ B.H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低 C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化 D.该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定 答案　D 解析　由反应机理可知，HCOOH电离出氢离子后，HCOO－与催化剂结合，放出二氧化碳，然后又结合氢离子转化为氢气，所以化学方程式为HCOOHCO2↑＋H2↑，故A正确；若氢离子浓度过低，则反应Ⅲ→Ⅳ的反应物浓度降低，反应速率减慢，若氢离子浓度过高，则会抑制甲酸的电离，使甲酸根离子浓度降低，反应Ⅰ→Ⅱ速率减慢，所以氢离子浓度过高或过低，均导致反应速率减慢，故B正确；由反应机理可知，Fe元素在反应过程中化合价发生了变化，故C正确；由反应进程可知，反应Ⅳ→Ⅰ能垒最大，反应速率最慢，对该过程的总反应起决定作用，故D错误。 4.(2023·湖北卷节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下： 回答下列问题： (1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1和298.0 kJ·mol－1，H—H键键能为436.0 kJ·mol－1。估算 C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)图示历程包含________个基元反应，其中速率最慢的是第________个。 答案　(1)128　(2)3　3 5.(2020·江苏高考节选)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。 (1)HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成________(填化学式)。 (2)研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是________________________________。 答案　(1)HD (2)提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度 解析　(2)HCOOK是强电解质，更容易产生HCOO－和K＋，更快地产生KH，KH可以与水反应生成H2和KOH，生成的KOH可以吸收分解产生的CO2，从而使氢气更纯净。 专项作业 [建议用时：40分钟] 选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1.(2023·石景山区高三期末考试)CO2光催化反应机理如图所示，当催化剂受到能量大于禁带宽度的光照时，价带上的电子被激发，跃迁到导带，同时形成空穴。导带上的光生电子(⊖)作还原剂，价带上的光生空穴(⊕)作氧化剂，下列说法不正确的是(　　) A.在价带上H2O被氧化 B.推测TiO2起催化作用 C.反应过程中光能转化为化学能 D.1 mol CO2生成1 mol CH4得到4 mol电子 答案　D 解析　1 mol CO2生成1 mol CH4得到8 mol电子，故D错误。 2.如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法不正确的是(　　) A.过程Ⅰ中断裂极性键C—Cl键 B.过程Ⅱ可表示为O3＋Cl===ClO＋O2 C.过程Ⅲ中O＋O===O2是吸热过程 D.上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏臭氧层的催化剂 答案　C 3.雾霾严重影响人类生活，炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法不正确的是(　　) A.每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量 B.该过程反应速率主要取决于第一步 C.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂 答案　C 解析　第一步为速率控制步骤，因此加水对氧分子活化能的影响主要在第一步，由图知水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV，C错误。 4.(2023·山东济宁高三期末检测)某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放，一定条件下该反应经历三个基元反应阶段，反应历程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是(　　) A.提高反应温度，逆反应速率增加最大的是反应② B.使用催化剂可以降低反应的活化能，提高活化分子百分数，提高反应物的转化率 C.该化学反应的速率主要由反应③决定 D.该过程的总反应为2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－620.9 kJ·mol－1 答案　D 解析　升高温度，逆反应速率加快，逆反应活化能最小的速率增加最大，则由图可知，逆反应速率增加最大的是反应①，A错误；催化剂可以降低反应的活化能，提高活化分子百分数，但不能提高反应物的转化率，B错误；正反应活化能最大的是反应①，活化能越大反应速率越慢，整个反应由最慢的一步决定，则该化学反应的速率主要由反应①决定，C错误。 5.我国科学家在绿色化学领域取得新进展。利用双催化剂Cu和Cu2O，在水溶液中用H原子将CO2高效还原为重要工业原料之一的甲醇，反应机理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A.CO2生成甲醇是通过多步氧化反应实现的 B.催化剂Cu结合氢原子，催化剂Cu2O结合含碳微粒 C.该催化过程中既有化学键的形成，又有化学键的断裂 D.有可能通过调控反应条件获得甲醛等有机物 答案　A 解析　A项，由图示反应过程可知，CO2转化为甲醇时，需经过CO2→COOH→CO→CHO→CH2O→CH3O→CH3OH等一系列还原过程，错误。 6.(2023·长春市高三质量监测)中国科学家研究在Pd/SVG催化剂上用H2还原NO生成N2和NH3的路径，各基元反应及活化能Ea(kJ·mol－1)如图所示。下列说法错误的是(　　) A.生成NH3的各基元反应中，N元素均被还原 B.生成NH3的总反应方程式为2NO＋5H22NH3＋2H2O C.决定NO生成NH3速率的基元反应为HNO＋H―→NH2O D.在Pd/SVG催化剂上，NO更容易被H2还原为NH3 答案　C 解析　由图示可知，生成氨气的过程为NO→HNO→NH2O→NH2OH→NH2→NH3，每步反应中N元素化合价都降低，被还原，A正确；由图示可知，生成NH3的总反应为2NO＋5H22NH3＋2H2O，B正确；生成NH3的基元反应中，NH2O＋H―→NH2OH的活化能最大，反应速率最慢，是决定NO生成NH3速率的基元反应，C错误；由图示可知，NO被还原为N2的决速步的活化能明显大于生成NH3的决速步的活化能，故D正确。 7.CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(　　) A.分子结构：CO2为直线形，N2O为V形(已知N2O中每个原子都满足8电子稳定结构) B.反应①的活化能比反应②大 C.反应中每转移1 mol电子，生成N2体积为11.2 L D.两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定 答案　B 8.(2023·湖北重点中学高三联考)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.过程①中钛氧键断裂会释放能量 B.CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋30 kJ·mol－1 C.使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变，从而提高化学反应速率 D.该反应中，光能和热能转化为化学能 答案　D 解析　过程①中钛氧键断裂会吸收能量，A错误；根据ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和，知2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝(2×1598－2×1072－496) kJ·mol－1＝＋556 kJ·mol－1，B错误；使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能(不是焓变)，从而提高化学反应速率，C错误。 9.(2023·甘肃省金昌市高三模拟)我国学者利用催化剂催化丙烷氧化脱氢的历程如图(吸附在催化剂表面的物质用*标注)。下列说法正确的是(　　) A.反应历程中第一步化学反应为决速步骤 B.催化剂改变了丙烷氧化脱氢的焓变(ΔH) C.过渡态物质的稳定性：过渡态2小于过渡态1 D.吸附过程为吸热过程 答案　A 解析　化学反应的决速步骤是慢反应，而活化能越大，反应的速率越慢，由图可知能垒(活化能)最大的是C3H到过渡态1的能量，故第一步化学反应为决速步骤，A正确；催化剂不能改变反应的焓变(ΔH)，B错误；物质具有的能量越低越稳定，故过渡态2更稳定，C错误；由图可知吸附过程为放热过程，D错误。 10.1，2­丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.由过程①②知，在催化剂MoO3作用下1，2­丙二醇中羟基上的O—H键断裂 B.该过程中催化剂MoO3通过降低反应的活化能提高化学反应速率 C.过程③中有碳氧双键生成 D.过程①～④中反应产物有3种 答案　D 解析　D项，由题图可知，1，2­丙二醇发生脱氧脱水反应，生成了甲醛、乙醛、丙烯和水，反应产物有4种，错误。 11.(2023·重庆市高三开学联考)卤代烃在有机合成中发挥着重要桥梁作用，研究卤代烃的反应历程十分有意义。(CH3)3CBr发生水解反应的历程如图所示： ―→―→ ―→―→ 说明：E表示方框中物质的总能量(单位：kJ·mol－1)，TS表示过渡态。 下列说法错误的是(　　) A.水解反应过程中中心碳原子的杂化轨道类型发生变化 B.(CH3)3CBr水解总反应的ΔH可表示为E5－E1 C.若E3＋E2>E4＋E1，则决定速率步骤的化学方程式为(CH3)3CBr(l)―→(CH3)3C＋(l)＋Br－(aq) D.使用催化剂，可以提高(CH3)3COH(l)的生成量 答案　D 解析　将题给反应历程转化为常见反应历程图如图所示(示意图，不考虑各数值实际大小)： (CH3)3CBr到(CH3)3C＋，中心碳原子由sp3杂化变为sp2杂化，(CH3)3C＋到(CH3)3COH，中心碳原子由sp2杂化变为sp3杂化，A正确；根据反应热等于生成物总能量减去反应物总能量，知ΔH＝E5－E1，B正确；若E3＋E2>E4＋E1，则E2－E1>E4－E3，第一步反应的活化能大于第二步，第一步反应速率慢，是决速步，C正确；使用催化剂，只能提高单位时间内(CH3)3COH(l)的生成量，其最终生成量不变，D错误。 12.化学研究中，可结合实验与计算机模拟结果，探究物质反应的历程。回答下列各题： (1)我国科学家实现了使用铜催化剂将N，N­二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，简称DMF]转化为三甲胺。单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图1所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。 ①该反应历程中的最大能垒(活化能)＝________eV，该步骤的化学方程式为_____________ _________________________________。 ②该反应的ΔH______(填“<”“>”或“＝”)0，制备三甲胺的化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)分别研究TiO2、ZnO催化剂表面上光催化甲烷氧化反应的反应历程，结果如图2所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。 催化剂催化效果较好的是________，甲醛从催化剂表面脱附过程的ΔE________(填“<”“>”或“＝”)0。 答案　(1)①1.19　N(CH3)＋OH*＋H*===N(CH3)3(g)＋H2O(g) ②<　(CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)===N(CH3)3(g)＋H2O(g) (2)ZnO　> 1 学科网（北京）股份有限公司 $$