高中化学微专题-专题二 化学反应机理图像（练）

专题二 化学反应机理图像 1．某反应由两步反应A→B→C构成，它的能量反应过程曲线如图，下列叙述正确的是 A．A→C的 B．两步反应均为放热反应 C．若反应使用合适的催化剂，可以降低活化能提高反应速率，同时平衡正向移动 D．A→B形成化学键释放的能量大于破坏化学键吸收的能量 2．1，3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H+进攻1，3-丁二烯生成碳正离子()；第二步Br -进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0℃和40℃时，1，2-加成产物与1，4-加成产物的比例分别为70:30和15:85。下列说法正确的是 A．1，4-加成产物比1，2-加成产物稳定 B．与0℃相比，40℃时1，3-丁二烯的转化率增大 C．从0℃升至40℃，1，2-加成正反应速率增大，1，4-加成正反应速率减小 D．从0℃升至40℃，1，2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度 3．已知：CH4(g)+O2(g)=CH3OH(g) △H。 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合成甲醇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)。下列说法错误的是 A．该反应的△H= -32.51 kJ/mol B．在催化剂表面上更容易被吸附的是H2O C．该历程中最大活化能为22.37 kJ/mol D．该反应决速步骤的方程式为：*CH4+*OH+*H=*CH3OH+2*H 4．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是放热反应 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 5．甲醇与SO3生成硫酸氢甲酯的反应为CH3OH(g)+SO3(g) CH3OSO3H(g)。在无水和有水条件下的部分反应历程如图所示，其“…”表示粒子间的静电作用，下列说法错误的是 A．a分子比c分子更稳定 B．水将反应的最高能垒由19.59 eV降为3.66 eV C．有水条件下会降低总反应的焓变 D．d 到f转化的实质为质子转移 6．具有开放性铁位点的金属有机框架材料，可以用于乙烷的催化氧化形成乙醇，反应过程如图所示，其中TS表示过渡态。下列说法正确的是 A．反应过程中铁原子形成的化学键数目保持不变 B．该反应过程中的原子利用率为100% C．此反应方程式为：N2O+C2H6N2+C2H5OH D．反应过程中物质c降低了反应的活化能 7．已知化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO-，其反应历程如图所示，其中TS表示过渡态，I表示中间体。下列说法正确的是 A．化合物A与H2O之间的碰撞不均为有效碰撞 B．该历程中的最大能垒(活化能)E正=16.87 kJ·mol-1 C．使用更高效的催化剂可降低反应所需的活化能和反应热 D．升高温度，有利于该反应正向进行 8．近年，在钯(Pd)催化下进行的偶联反应成为研究热点，其一种反应机理如图所示，下列说法错误的是 已知：R1、R2表示烃基，X表示卤原子，Y表示羟基。 A．转化过程中涉及氧化还原反应 B．转化过程中未发生非极性键的断裂和形成 C．R2—Pd(II) —OC(CH3)3是中间体 D．转化过程中存在反应：R2—Pd(II)—X+NaOC(CH3)3→NaX+R2—Pd(II)—OC(CH3)3 9．我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了丙烷在六方氮化硼催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程，部分历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是 A．丙烷在镍催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程与上述不同 B．反应历程中决速步骤能垒(活化能)为 C．反应历程中，生成过渡态Ⅰ比生成过渡态Ⅱ容易 D．图示反应历程之后可能发生的化学反应为 10．热催化合成氨面临的两难问题：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了(Ti-H)(冷区)-(Fe)(热区)双温区催化剂。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是 A．放热过程在冷区进行，吸热反应在热区进行 B．反应②，正反应活化能最大 C．(Ti-H)生成氨气，是因为反应速率最大 D．冷热区交替使用，主要目的是使催化剂活性最大 11．氢气是一种绿色能源，大力开发氢能有利于环境保护。借助Cu/CuCl热化学循环制氢：2H2O=2H2↑+O2↑，其工艺流程如图。下列有关说法正确的是 A．步骤①中发生的反应属于放热反应 B．步骤②的温度为500℃，则反应的化学方程式为2Cu2OCl24CuCl+O2↑ C．步骤③可在电解池中进行，Cu是氧化产物 D．反应⑤一定是依据原电池原理实现的 12．据文献报道，金红石 Ti3+L3表面催化氮气固定机理如下图所示，下列叙述错误的是 A．催化剂可以提高固氮速率的原因是改变该反应的 ΔH B．该催化固氮总反应为 3H2+N2=2NH3 C．是反应中间体 D．整个催化过程中存在 N—Ti键的断裂和生成 13．福州大学学者研究发现，3D-SiC@2D-MoS2异质结催化剂具有优异的光催化CO2用纯水的全还原性能，能有效实现人工光合成“太阳燃料”，其工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．反应②的方程为[2H+]ad+[HCOOH]ad=[HCHO]ad+H2O B．2D-MoS2能降低H2O转化为O2、[2H+]ad的活化能 C．反应①~④中，含碳物质均发生还原反应 D．此转化的现实意义是可缓解能源危机 14．工业上利用对烟道气进行脱硝(除氮氧化物)的SCR技术具有效率高、性能可靠的优势。SCR技术的原理为和NO在催化剂()表面转化为和，反应进程中的相对能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．总反应方程式为 B．是脱硝反应的活性中间体 C．升高温度，脱硝反应的正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度 D．决定反应速率的步骤是“H的移除” 15．我国科研人员提出了由 CO2和CH4转化为CH3COOH的催化反应历程。该催化反应历程示意图如下。下列说法错误的是    A．①→②放出能量并形成了C一C键 B．CH4→CH3COOH过程中，有C一H键发生断裂 C．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 D．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% 16．科学家研究HCOOH在催化剂Pd表面脱氢，其反应历程和相对能量的关系如图所示，下列说法正确的是 A．在催化剂Pd表面断裂O—H键比C—H键活化能低 B．在I~V中，II生成III的反应速率最慢 C．用DCOOH代替HCOOH反应，产物可能含有HD和CO2 D．HCOOH在催化剂Pd表面脱氢反应需吸收能量14.1a 17．常温常压下，在催化剂的作用下合成2-甲基丙酸甲酯的转化关系如图所示，计算机模拟单个分子在催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法错误的是    A．总反应的热化学方程式为   B．第一步反应决定了总反应的化学反应速率 C．  是反应的催化剂 D．的能量比1mol、1molCO、1mol的总能量低 18．催化剂(Fe，Al)/MIL-53可直接选择性氧化甲烷制甲醇，节省能耗。 (1)(Fe，Al)/MIL-53制备方法如下：Al(NO3)3•9H2O+Al/MIL-53(Fe，Al)/MIL-53。 ①对苯二甲酸的结构简式为 ，该分子中最多 个原子共平面。 ②生成（Fe，Al)/MIL-53过程中溶液pH (填“变大”或“变小”)。 ③(Fe，Al）/MIL-53中Fe3+位于O原子形成的 空隙中，1个对苯二甲酸根离子最多能形成 个配位键。 (2)(Fe，Al)/MIL-53催化CH4制CH3OH的机理如图，其中虚线表示吸附状态。 ①ii转化为iii的过程中，破坏的微粒间作用力有 (填标号)。 A.σ键　　B.配位键　　C.离子键　　D.极性键　　E.非极性键 ②该催化循环中铁元素价态有 种。 (3)用FeCl3•6H2O和对苯二甲酸合成Fe/MIL-53。两种催化剂在上述催化过程中相对能量的变化情况如图。 ①Fe/MIL-53催化过程中决速步骤为 (化学键变化角度答题)。 ②(Fe，Al)/MIL-53催化效果更佳的原因是 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．A 【详解】A． A→B的，B→C的，故A→C的，故A正确； B． 由图可知，B→C为放热反应，故B错误； C． 催化剂可以降低活化能提高反应速率，但是不能使平衡发生移动，故C错误； D． 由图可知，A→B形成化学键释放的能量小于破坏化学键吸收的能量，故该反应为吸热反应，故D错误； 故选A。 2．AD 【分析】根据图象分析可知该加成反应为放热反应，且生成的1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，结合题干信息及温度对化学反应速率与化学平衡的影响效果分析作答。 【详解】根据上述分析可知， A. 能量越低越稳定，根据图象可看出，1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，即1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物稳定，故A正确； B. 该加成反应不管生成1,4-加成产物还是1,2-加成产物，均为放热反应，则升高温度，不利用1,3-丁二烯的转化，即在40时其转化率会减小，故B错误； C. 从0升至40，正化学反应速率均增大，即1,4-加成和1,2-加成反应的正速率均会增大，故C错误； D. 从0升至40，对于1,2-加成反应来说，化学平衡向逆向移动，即1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，故D正确； 答案选AD。 3．A 【详解】A．该图只显示部分历程，无法计算反应的焓变，故A错误； B．反应开始时H2O(g)和O2(g)的相对能量都为0，与催化剂接触后，*H2O的相对能量更低，说明H2O在催化剂表面上更容易被吸附，故B正确； C．由图可知，该历程中正反应最大的活化能的步骤是*CH4、*OH和生成*CH3OH和*H，则正反应最大活化能=-12.68kJ/mol-(-35.03)kJ/mol=22.37kJ/mol，故C正确； D．由图可知，该历程中正反应最大的活化能的步骤是*CH4、*OH和生成*CH3OH和*H，则化学方程式为：*CH4+*OH+*H=*CH3OH+2*H，故D正确； 故选：A。 4．AD 【详解】A．由图中信息可知，进程Ⅰ中S的总能量大于产物P的总能量，因此进程I是放热反应，A说法正确； B．进程Ⅱ中使用了催化剂X，但是催化剂不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B说法不正确； C．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说法不正确； D．由图中信息可知，进程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S•Z，然后S•Z转化为产物P•Z，由于P•Z没有转化为P＋Z，因此，Z没有表现出催化作用，D说法正确； 综上所述，本题选AD。 5．BC 【详解】A．由题干图示可知，a分子具有的能量相对比c分子具有的能量低，能量越高物质的稳定性越差，故a分子比c分子更稳定，A正确； B．由题干图示可知，无水反应时的最高能垒为：19.59-(-1.34)=20.93eV，而有水反应时的最高能垒为：3.66-(-2.96)=6.62eV，故水将反应的最高能垒由20.93 eV降为6.62 eV，B错误； C．由题干信息可知，H2O是总反应的催化剂，催化剂仅改变反应的活化能，并不改变反应的焓变，故有水条件下不会改变总反应的焙变，C错误； D．由题干图示可知，d 到f转化的实质为质子转移，该过程中断裂的化学键有CH3OH中的氢氧键、H2O中的氢氧键和SO3中的硫氧键，D正确； 故答案为：BC。 6．C 【详解】A．由转化关系图可知，铁原子有的形成5个共价键，有的形成6个共价键，故A错误； B．从图中可以看出，进线为反应物，出线为产物，总反应方程式为：N2O+C2H6N2+C2H5OH，催化剂为a，由于产物有乙醇和氮气，原子利用率小于100%，故B错误； C．进线为反应物，出线为产物，总反应方程式为：N2O+C2H6N2+C2H5OH，故C正确； D．c为中间产物，不能降低反应的活化能，故D错误； 故选C。 7．A 【详解】A．根据有效碰撞理论可知，化合物A与H2O之间的碰撞不均为有效碰撞，A正确； B．该历程中的最大能垒(活化能) E正 =16.87kJ/mol−(−1.99kJ/mol)=18.86kJ/mol，B错误； C．使用更高效的催化剂可降低反应所需的活化能，但催化剂不改变反应热，C错误； D．由图知，化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO-为放热反应，升高温度，不利于该反应正向进行，D错误； 答案选A。 8．B 【详解】A．由图可知，转化过程中Pd元素的化合价发生改变，涉及氧化还原反应，故A正确； B．烃基R1与R2的成键过程中形成碳碳非极性键，共B错误； C．由图中转化关系知，R2−Pd(Ⅱ)−OC(CH3)3是中间体之一，故C正确； D．转化过程中存在反应：R2−Pd(Ⅱ)−X+NaOC(CH3)3→NaX+R2−Pd(Ⅱ)−OC(CH3)3，故D正确； 答案选B。 9．C 【详解】A．催化剂不改变反应物和产物，但是催化剂会改变反应的历程，不同催化剂的反应历程不同，故A正确； B．化学反应的决速步骤由慢反应决定，而活化能越大，反应的速率越慢，由图可知能垒最大的到过渡态I的能量，能垒为，故B正确； C．由图可知生成过渡态I的能垒大于生成过渡态II的能垒，能垒越大反应越困难，故生成过渡态II容易，故C错误； D．图示中最后一步生成了最终产物丙烯，则之后发生反应的应为H2O2的分解反应，故D正确； 故选：C。 10．B 【详解】A．①为催化剂吸附N2的过程,为放热反应，②为形成过渡态的过程，为吸热反应，③为N2解离为N的过程，为放热反应，④⑤为了增大平衡产率，需要在低温下进行，A错误； B．②的生成物的相对能量比反应物的相对能量高，为吸热过程，其余过程则是生成物能量比反应物的能量低，是放热过程，故反应②的正反应活化能最大，B正确； C．(Ti-H)生成氨气，是因为该反应是放热反应，反应在冷区进行，降低温度，化学平衡正向移动，会导致NH3的产率增大，C错误； D．热区主要是从速率上考虑，采用高温可增大反应速率，但同时会因平衡限制导致NH3产率降低；(Ti—H)(冷区)反应就是降温而提高产率。冷热区交替使用，既可以使反应速率加快，同时又可以提高NH3产率，而不是从催化剂活性大小角度考虑，D错误； 故合理选项是B。 11．B 【详解】A．由图示看出①为CuCl2的水解反应，水解反应一般是吸热反应，故A错误； B．由图示可知②的反应物为Cu2OCl2，生成物为CuCl和O2，在温度为500℃条件下反应，则反应的化学方程式为2Cu2OCl24CuCl+O2↑，故B正确； C．从CuCl→Cu化合价降低，发生还原反应，则Cu是还原产物，故C错误； D．反应⑤中Cu与HCl反应生成H2，为非自发的氧化还原反应，依据原电池原理无法实现该反应，故D错误； 答案选B。 12．A 【详解】A．催化剂可以降低反应的活化能，提高固氮速率，但不能改变该反应ΔH的符号和数值，故A错误； B．由固定机理的示意图可知，反应物为氮气和氢气，生成物为氨气，金红石为催化剂，反应的总反应方程式为3H2+N2=2NH3，故B正确； C．由固定机理的示意图可知，反应物为氮气和氢气，生成物为氨气，金红石为催化剂，是反应中间体，故C正确； D．由固定机理的示意图可知，b→c的过程存在 N—Ti键的断裂，c→a的过程存在 N—Ti键的生成，故D正确； 故选A。 13．A 【详解】A．选项所给方程式电荷不守恒，正确方程式为[2H+]ad+[HCOOH]ad+2e-=[HCHO]ad+H2O，A错误； B．据图可知2D-MoS2 是H2O转化为O2、[2H+]ad的催化剂，可以降低该反应的活化能，B正确； C．反应①~④中，C元素发生“CO2→HCOOH→HCHO→CH3OH”的转化，C元素的化合价持续降低，均发生还原反应，C正确； D．该过程中利用H2O和CO2合成了可以作为燃料的CH4，可以缓解能源危机，D正确； 综上所述答案为A。 14．C 【详解】A．由已知“SCR技术的原理为和NO在催化剂()表面转化为”可知总反应的方程式为，A说法正确； B．观察相对能量-反应进程曲线知，吸附在催化剂表面后，经过一定的反应形成了，又经过反应得到，所以是脱硝反应的活性中间体，B说法正确； C．起始相对能量高于终态，说明这是一个放热反应，升高温度平衡会逆向移动，所以升高温度后，脱硝反应的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，C说法错误； D．相对能量-反应进程曲线表明，全过程只有H的移除过程势能升高，这是一个需要吸收能量越过能垒的反应，其速率是全过程几个反应中最慢的，决定了反应的速率，是总反应的速控步骤，D说法正确； 答案选C。 15．C 【详解】A．根据图知，根据图知，反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应是放热反应，且最后生成C-C键，故A正确； B．CH4→CH3COOH 过程中，甲烷中 C-H 键发生断裂生成甲基，所以有C-H键断裂，故B正确； C．催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动，不改变转化率，故C错误； D．甲烷和二氧化碳反应只生成 CH3COOH，没有其它副产物生成，所以原子利用率100%，故D正确； 故选：C。 16．C 【详解】A．由图可知，第I步断裂O−H键，活化能为44.7akJ/mol，第III步断裂C−H键，活化能为36.7akJ/mol，断裂O−H键比C−H键活化能高，故A错误； B．由图可知，II生成III的过程活化能最低，则反应速率最快，故B错误； C．由图可知，HCOOH在Pd催化剂下，C−H、O−H均发生断裂，最终生成H2和CO2，因此用DCOOH代替HCOOH，得产物可能含有HD、D2和H2以及CO2，故C正确； D．HCOOH在催化剂Pd表面脱氢反应生成CO2和H2，由图可知，该反应放热，需要放出能量14.1a，故D错误； 故选C。 17．A 【详解】A．图象给出的是单个分子参与反应时的能量变化，总反应的热化学方程式为  ，A项错误； B．第1步反应的能垒最高，所以第1步反应的化学反应速率最慢，B项正确； C．第1步反应为丙烯与  的反应，最后一步又生成  ，所以  为反应的催化剂，C项正确； D．由能量变化图象可知该反应为放热反应，所以的能量比1mol、1molCO、1mol的总能量低，D项正确； 故选：A。 18．(1) 18 变小 八面体 4 (2) ADE 2 (3) 甲烷均裂生成甲基 与Fe/MIL-53相比，(Fe，Al)/MIL-53催化时决速步能垒低，反应速率更快；过多相近Fe位点上的羧基被H2O2取代，会导致配合物框架坍塌而溶解 【详解】（1）①对苯二甲酸含有1个苯环和2个羧基，两个羧基取代了苯环对位上的氢原子，该有机物结构简式为：对苯二甲酸，含有1个苯环和2个羧基，两个羧基取代了苯环对位上的氢原子，该有机物结构简式为：，该结构中，苯环为平面结构，羧基中的C一定和苯环共面，另外3个原子可能和苯环共面，则最多18个原子共面； ②生成(Fe，Al）/MIL-53过程中对苯二甲酸羧基中的H被Al、Fe替换，转化为H+，则溶液pH变小； ③(Fe，Al）/MIL-53中Fe3+位于中心位置，而6个O原子形成八面体，则Fe3+位于八面体空隙中，1个对苯二甲酸根离子含有4个具有孤对电子的O原子，则最多能形成4个配位键。 （2）①ii转化为iii的过程中，破坏了H-O之间的单键即σ键、极性键，还破坏了O-O之间的非极性键，没有破坏配位键以及离子键； ②该催化循环中铁元素价态有+3价、+6价两种化合价。 （3）①相对能量越大，反应速率越慢，为决速步骤，则Fe/MIL-53催化过程中决速步骤为甲烷均裂生成甲基； ②(Fe，Al)/MIL-53催化时，相对能量更低，则催化效果更佳的原因是与Fe/MIL-53相比，(Fe，Al)/MIL-53催化时决速步能垒低，反应速率更快；过多相近Fe位点上的羧基被H2O2取代，会导致配合物框架坍塌而溶解。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$