第8章 主题式微课 (10)反应历程的图像分析-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第八章 化学反应速率与化学平衡 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 1．(2021·山东卷)18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 能量变化如图所示。已知 为快速平衡，下列说法正确的是(　　) A．反应Ⅱ、Ⅲ为决速步 B．反应结束后，溶液中存在18OH－ C．反应结束后，溶液中存在OH D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应 的焓变 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 B　解析：一般来说，反应的活化能越高，反应速率越小，由题图可知，反应Ⅰ和反应Ⅳ的活化能较高，因此反应的决速步为反应Ⅰ、Ⅳ，故A错误；反应 Ⅰ为加成反应，而 为快速平衡， 反应Ⅱ的成键和断键方式为 或 ，后者能生 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 成18OH－，因此反应结束后，溶液中存在18OH－，故B正确；反应Ⅲ的成键和 断键方式为 或 ，因此反应结束后溶液中不会 存在OH，故C错误；该总反应对应反应物的总能量高于反应产物的总能 量，总反应为放热反应，因此 和CH3O－的总能量与 和OH－的总能量之差等于图示总反应的焓变，故D错误。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 2．(2022·山东卷)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 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 D　解析：根据反应机理的图示知，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中氮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变化，都为氧化还原反应，有电子转移，A正确；先由NO经反应历程①转化为NO2，再发生NO2＋NO―→HONO的反应，也可发生NO2＋·C3H7―→HONO的反应，则反应历程有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；在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应为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。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 反应历程的图像题是高考考查的重点内容，往往以“环式”和“能量”图示的形式来描述某一化学变化所经历的全部反应，把一个复杂反应分解成若干个反应，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小，同时考虑到反应物、催化剂、产物以及各物质的用量等。这就要求理解复杂反应的内在联系，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。 命题分析 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 1．催化剂反应机理题两步解题法 第一步：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生成物 中间体 除催化剂、反应物、生成物外，其余一般均是中间体 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 第二步：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。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 2．三步突破能垒图 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 1．(2020·全国Ⅰ卷)铑的配合物离子 [Rh(CO)2I2]－ 可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是(　 　) 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 A．CH3COI是反应中间体 B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO===CH3CO2H C．反应过程中Rh的成键数目保持不变 D．存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 [模型应用] 第一步：通览全图，找准一“剂”三“物” 一“剂” 催化剂：[Rh(CO)2I2]－ 三“物” 反应物：CH3OH和CO(进入循环) 生成物：CH3COOH(最终生成物) 中间体：HI、H2O、CH3I、CH3COI、 等物质 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 第二步：逐项分析，获取正确答案 通过分析可知，CH3COI属于甲醇羰基化反应的反应中间体，A项正确；甲醇羰基化反应的反应物为甲醇以及CO，产物为乙酸，反应方程式可写成CH3OH＋CO===CH3COOH，B项正确；铑配合物在整个反应历程中，成键数目、配体种类等均发生了变化，C项不正确；由图可知HI可以使甲醇转化为CH3I，反应方程式可写成CH3OH＋HI===CH3I＋H2O，D项正确。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 2．水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。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上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 可知水煤气变换反应的ΔH______(填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E正＝_____eV，写出该步骤的化学方程式：_____________________________________________________________。 [模型应用] 第一步：通览全图，厘清坐标含义 此图的横坐标表示CO(g)与H2O(g)反应在金催化剂表面的反应历程；而纵坐标表示反应历程中的不同阶段的能量变化，从总体来看，反应CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)的过程中相对能量由0到－0.72 eV，ΔH<0，为放热过程。 小于 2.02 COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*) 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 第二步：细看变化，分析各段反应 分段细分析，反应历程中过渡态1的能垒(活化能)为1.59 eV－(－0.32 eV)＝1.91 eV，结合图给信息可得此过程中的化学方程式为CO*＋H2O*＋H2O(g)===CO*＋OH*＋H*＋H2O(g)，而过渡态2的能垒(活化能)为1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，结合图给信息可得此过程中的化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*。 第三步：综合分析，写出合理答案 由第一步分析可知，ΔH<0，由第二步分析可知，过渡态1和过渡态2的能垒，比较得出反应历程中最大能垒E正为过渡态2的能垒，E正＝2.02 eV，化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 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[L-­Ru—NH3]＋ 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(　　) 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 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＋ √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 B　解析：根据题图可知，Ru(Ⅱ)被氧化为Ru(Ⅲ)失去一个电子，[L­-Ru—NH3]2+与NH3反应失去一个质子生成[L­-Ru—NH2]＋，配体NH3失去质子能力增强，A说法正确；Ru(Ⅱ)中Ru的化合价为＋2价，当其变为Ru(Ⅲ)后，Ru的化合价变为＋3价，Ru(Ⅲ)失去1个质子后，氮原子产生了1对孤电子对，Ru的化合价不变，M为[L-­Ru—H2]＋，当[L-­Ru—NH2]＋变为M时，氮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价，B说法不正确；M变为[L-­Ru—NH2—NH2—Ru-­L]2+时，有N—N形成，N—N是非极性键，C说法正确；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，Ru(Ⅱ) 是催化剂，因此，该过程的总反应为4NH3－2e－===N2H4＋，D说法正确。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 2．据文献报道，某反应的反应历程如图所示。下列有关该历程的说法错误的是(　　) A．总反应化学方程式为4NH3＋3O22N2＋6H2O B．Ti4+…NH2—N===O是中间产物 C．Ti4+是催化剂 D．Ti4+…NH2—N===O―→Ti4+＋N2＋H2O属于分解反应 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 A　解析：根据反应历程，参加反应的物质有NH3、NO、O2，因此总反应的化学方程式为4NH3＋2NO＋2O23N2＋6H2O，故A错误；根据题中信息得知 Ti4+…NH2—N===O是中间产物，故B正确；Ti4+在整个反应过程中参与了反应，但反应前后质量和化学性质未变，因此Ti4+是催化剂，故C正确；分解反应是一种物质反应生成两种或两种以上新物质的化学反应，因此 Ti4+…NH2—N===O―→Ti4+＋N2＋H2O属于分解反应，故D正确。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 3．甲烷和二氧化碳催化合成乙酸，其中一步为甲烷在催化剂表面脱氢，其方式有两种：甲烷分子单独脱氢，甲烷分子与二氧化碳共吸附脱氢，反应历程如图所示(由乙酸分子结构可知以二氧化碳结合甲基和氢原子是最简单的合成过程)，下列说法正确的是(　　) 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 A．甲烷脱去首个氢原子的焓变，单独脱氢小于共吸附脱氢 B．甲烷脱去首个氢原子的能垒，共吸附脱氢比单独脱氢下降0.15 eV C．单独脱氢的决速步为第一步 D．共吸附脱氢不利于乙酸的合成 C　解析：甲烷脱去首个氢原子的焓变，根据图中信息可知，单独脱氢焓变为1.12 eV，共吸附脱氢焓变为 0.97 eV，则单独脱氢大于共吸附脱氢，故A错误；甲烷脱去首个氢原子的能垒，共吸附脱氢能垒为2.45 eV，单独脱氢能垒为3.20 eV，共吸附脱氢比单独脱氢下降 0.75 eV，故B错误；单独脱氢的第一步能垒最大，因此单独脱氢的决速步为第一步，故C正确；单独脱氢的第一步能垒比共吸附脱氢任意一步的能垒都大，因此共吸附脱氢有利于乙酸的合成，故D错误。 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 4．(2024·广州模拟)N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其总反应为N2O(g)＋CO(g)===CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法不正确的是(　　) A．N2O为氧化剂 B．ΔH＝－226 kJ·mol-1 C．由图乙知该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D．为了实现转化，需不断向反应器中补充Pt2O＋和 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 D　解析：反应N2O(g)＋CO(g)===CO2(g)＋N2(g)中，氮元素的化合价降低，N2O为氧化剂，故A正确；反应物能量高于生成物，反应为放热反应，反应焓变ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝134 kJ·mol-1－360 kJ·mol-1＝－226 kJ·mol-1，故B正确；由图乙知该反应正反应的活化能Ea小于逆反应的活化能Eb，故C正确；Pt2O＋和是催化剂，催化剂在化学反应的前后化学性质和质量是不变的，无需不断补充，故D错误。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 5．H2在石墨烯负载型Pd单原子催化剂(Pd/SVG)上还原NO生成N2和NH3的路径机理及活化能(kJ·mol-1)如图所示。下列说法错误的是(　　) A．H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥ B．Pd/SVG上H2还原NO，不容易生成N2 C．根据如图数据可计算NO＋5H===NH3＋H2O的ΔH D．由图可知，相同催化剂条件下反应可能存在多种反应历程 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 C　解析：活化能最大的为决速步，则H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥，A正确；由图知，Pd/SVG上H2还原NO，经过①到⑤即可生成NH3，经过①到⑦才能生成N2，而决速步反应⑥的活化能最大，发生最困难，则更容易生成NH3，不容易生成N2，B正确；根据图中数据可计算NO＋5H===NH3＋H2O的正反应的活化能，不知道逆反应的活化能，故不能计算ΔH，C不正确；由图可知，相同催化剂条件下反应可能存在多种反应历程，可能得到不同产物，D正确。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 6．(2024·重庆模拟)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程，该历程如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H发生断裂 C．①→②放出能量并形成了C—C D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 √ 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 D　解析：根据图示可知，CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH的总反应为CH4＋CO2CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；CH4选择性活化变为①的过程中，有1个C—H发生断裂，B项正确；根据图示可知，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C，C项正确；催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。 主题式微课 (十)反应历程的图像分析 $$