高考题型专项突破 化学反应机理、历程与能垒题-【金版教程】2025年高考化学一轮复习解决方案课件PPT（新教材，经典单选版）

第六单元　化学反应速率与化学平衡 高考题型专项突破　化学反应机理、历程与能垒题 真题精研 02 题型突破 03 目录 CONTENTS 04 题型专练 05 专项作业 考查方向 01 3 考查方向 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。 目录 5 真题精研 答案 解题思路分析 目录 7 答案 目录 8 解题思路分析 目录 9 答案 －45 目录 10 答案 (ⅱ) 在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，由于N≡N的键能比H—H键的大很多，因此，在题述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ) 目录 11 题型突破 一、化学反应机理/历程类试题解题模板 目录 13 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、中间体 反应物 通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物 生成物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般是产物 中间体 除催化剂、反应物、生成物外，其余一般均是中间体 目录 14 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 目录 15 注意：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。 目录 16 题型专练 1．(2022·湖南高考改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示： 下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　) A．进程Ⅰ是吸热反应 B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用 答案 1 2 3 题型专练 目录 18 解析 解析　进程Ⅰ中反应物的能量高于产物的能量，应为放热反应，A不正确；进程Ⅱ中使用了催化剂X，催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B不正确；进程Ⅲ中由S·Y转化为P·Y的活化能高于进程Ⅱ中由S·X转化为P·X的活化能，由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤，因此生成P的速率为Ⅲ<Ⅱ，C不正确。 1 2 3 题型专练 目录 19 2．(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： 1 2 3 题型专练 目录 20 答案 1 2 3 题型专练 目录 21 解析 1 2 3 题型专练 目录 22 答案 85 1 2 3 题型专练 目录 23 专项作业 ［建议用时：40分钟］ 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 25 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 26 解析 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 27 3．(2023·广东省汕头市高三一模)下图是用 钌(Ru)基催化剂催化CO2(g)和H2(g)的反应示意 图，当反应生成46 g液态HCOOH时放出31.2 Kj 的热量。下列说法错误的是(　　) A．反应历程中存在极性键、非极性键的断裂与形成 B．图示中物质Ⅰ为该反应的催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间产物 C．使用催化剂可以降低反应的活化能，但无法改变反应的焓变 D．由题意知：HCOOH(l)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋31.2 kJ·mol－1 解析　由反应示意图可知，反应过程中不存在非极性键的形成，A错误。 答案 解析 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 28 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 29 5．北京航空航天大学教授团队与中科 院高能物理研究所合作，合成了Y、Sc(Y1/NC， Sc1/NC)单原子催化剂，用于常温常压下的电化 学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对 能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子 催化剂)。下列说法正确的是(　　) A．Y1/NC比Sc1/NC更有利于吸附氮气 B．实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒可提高氨气的平衡转化率 C．使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中，最大能垒的反应过程可表示为*N2＋H―→*NNH D．升高温度一定可以提高氨气单位时间内的产率 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 30 6．乙二醛(OHCCHO)与O2反应历程中所涉及的反应物(OHCCHO、O2)、过渡态、中间体及产物(OHCCOOH、HCOOH、HOOCCOOH)相对能量如图。下列说法错误的是(　　) A．乙二醛氧化历程中涉及极性键和非极性键的断裂 B．乙二醛氧化生成甲酸、乙醛酸或乙二酸的反应均为放热反应 C．乙二醛氧化历程中，若加入催化剂，能提高乙二醛的平衡转化率 D．乙二醛与氧气反应生成乙二酸的控速步骤为反应物→TS1 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 31 7．甲酸在一定条件下可分解生成CO和H2O，在有、无催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．途径1的活化能为Ea1，其大小与ΔH1有关 B．途径1使用了催化剂，途径2没有使用催化剂，但ΔH1＝ΔH2 C．途径2要经过三步才完成，而途径1只要一步就完成，所以途径1反应速率更快 D．途径2中第二步反应的速率比第三步反应要慢 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 32 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 33 解析 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 34 9．1，2­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 的焓变提高化学反应速率 C．过程③中有碳氧双键生成 D．过程①～④中反应产物有4种 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 35 解析 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 36 10．Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如图所示： 下列关于活化历程的说法正确的是(　　) A．决速步骤：中间体1→中间体2 B．总反应为Ni＋C2H6―→NiCH2＋CH4 C．Ni—H键的形成对氢原子的迁移是不利的 D．涉及非极性键的断裂和生成 答案 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 37 解析 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 38 11．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。 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 39 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__________________________________________________。 答案 1.19 < (CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)===N(CH3)3(g)＋H2O(g) 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 40 (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 ZnO > 专项作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 41 　　　　　　　　　　　　　 R (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。其它条件相同时，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。 (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＋O2eq \o(,\s\up17(NO))2C3H6＋2H2O，无论发生哪个历程，最终生成的水都不变，D错误。 (2023·新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题： (1)根据图1数据计算反应eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g) NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，Neq \o\al(*,2)表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为________(填步骤前的标号)，理由是___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 下列说法错误的是(　　) A．该过程的总反应为HCOOHeq \o(=====,\s\up17(催化剂))CO2↑＋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 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HCOOHeq \o(=====,\s\up20(催化剂))CO2↑＋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。 3．乙炔在Pd表面选择加氢生成乙烯的反应机理如图。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。 该历程中最大能垒(活化能)为________kJ/mol，该步骤的化学方程式为________________________________。 C2Heq \o\al(*,3)＋H*===C2Heq \o\al(*,4) 选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．(2023·河北省保定市高三一模)水煤气变换反应为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面水煤气变换的反应历程，如下图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。下列说法错误的是(　　) A．水煤气变换反应的ΔH<0 B．步骤③的化学方程式为CO·＋OH·＋H2O(g)===COOH·＋H2O· C．步骤⑤只有极性键的形成 D．该反应中的决速步骤为步骤④ 2．(2023·湖南名校联盟高三调研)一定条件下，丙烯与HCl反应生成CH3CHClCH3和CH3CH2CH2Cl的反应历程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．丙烯与HCl的反应是吸热反应 B．合成CH3CHClCH3的反应中，第Ⅱ步为反应的决速步 C．其他条件不变，适当升高温度可以提高加成产物中CH3CH2CH2Cl的比例 D．CH2===CH—CH3(g)＋HCl(g)CH3CH2CH2Cl(g)的焓变等于第一步与第二步正反应活化能的差值 解析　由题图可知，无论是生成1­氯丙烷还是生成2­氯丙烷，反应物的总能量总是高于生成物的总能量，则丙烯与HCl的反应是放热反应，A错误；在合成2­氯丙烷的反应中，第Ⅰ步反应的活化能更大，即第Ⅰ步的反应速率慢，故第Ⅰ步为反应的决速步，B错误；由图像可知，第一步与第二步正反应活化能的差值不是反应物和生成物的能量差，即该差值不是反应CH3CH===CH2(g)＋HCl(g) CH3CH2CH2Cl(g)的焓变，D错误。 4．含铜催化剂催化与偶联反应机理如 图所示(Ph—表示苯基)。下列说法错误的是(　　) A．Ⅱ到Ⅲ的转化过程中有非极性键的断裂和形成 B．Ⅲ到Ⅳ原子利用率为100% C．Ⅴ中所有碳原子不可能共平面 D．该反应的方程式为＋ eq \o(――→,\s\up17(Cun＋))＋ROH 8．已知CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面可合成甲醇：CH4(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CH3OH(g)　ΔH，反应的部分历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，TS代表过渡态)。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔH＝－32.51 kJ·mol－1 B．O2(g)比H2O(g)更容易吸附在催化剂表面 C．该反应过程中只涉及σ键的断裂与形成 D．图示中慢反应的方程式为*CH4＋*OH===*CH3OH＋*H 解析　该图只展示了部分反应历程，无法计算该反应的ΔH，A错误；根据图示，在催化剂表面，吸附H2O(g)时放出的热量比吸附O2(g)时放出的热量多，因此在催化剂表面更容易被吸附的是H2O(g)，B错误；该反应过程中*O2―→2*O断裂σ键和π键，C错误。 解析　B项，该过程中催化剂MoO3通过降低反应的活化能来提高化学反应速率，错误；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，正确。 解析　由反应历程可知，活化能最大的步骤为中间体2转化为中间体3的过程，活化能高，反应速率小，为决速步骤，A错误；该过程中Ni—H键的形成为氢原子从一个甲基转移到另一个甲基提供了桥梁和便利，C错误；从整体历程来看，没有非极性键的生成，D错误。 N(CH3)eq \o\al(*,3)＋OH*＋H*===N(CH3)3(g)＋H2O(g) $$