热点强化18 解读或运用能量—反应历程图，解决反应历程中的能量问题-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（鲁科版2019 单选版）

热点强化18　 解读或运用能量—反应历程图，解决反应历程中的能量问题 优化探究 大单元四　化学反应原理 　第9章　化学反应与能量 1. 熟悉能量—反应历程图的结构与意义 技法指导 2. 解答机理题需要关注的几个问题 (1)首先判断题目所给的流程是一个完整的流程还是部分流程： 一个完整的催化反应的机理图应该包括“反应物状态和能量”“吸附过 程(释放能量)”“基元反应(一般不止一个)”“脱附(或解吸附)过程(吸 收能量)”四部分。 (2)学会判断基元反应，一个复杂反应的机理一般包括多个基元反应，其 中每一个能量“升高—平台—下降”的部分为一个基元反应，升高部分 为该基元反应的正反应的活化能(或能垒)，下降部分为该基元反应的逆 反应的活化能(或能垒)。 (3)活化能(或能垒)决定了基元反应的速率快慢，最大者为决速步骤。 (4)注意机理图中相对能量的单位及其含义，一般为kJ·mol－1或eV， kJ·mol－1的含义为1 mol物质组合的能量，而eV为一个电子(所带电量为 1.6×10－19C的负电荷)经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。 (5)图像中能量均为相对能量，只有相对大小、相互比较的意义，若参照 物的相对能量设为0，则正值说明该处物质的总能量比参照物能量高， 负值仅仅说明该处物质的总能量比参照物能量低。 (6)关注图像中每一种物质的聚集状态：气态(g)、液态(l)、固态(s)、吸 附态(*)，书写基元反应的化学方程式或热化学方程式时要标注清楚。 1. 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。 热点训练 下列说法正确的是(　AC　) A. 过程①中钛氧键断裂会释放能量 B. 该反应中，光能和热能转化为电能 C. 使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能，从而提高化学反应速率 D. CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　Δ H ＝ ＋30 kJ·mol－1 C 化学键断裂需要吸收能量，故过程①中钛氧键断裂需要吸收能量，A错 误；由题意可知，该反应中未涉及原电池反应，故该反应中光能和热能 转化为化学能，B错误；由题意可知，使用TiO2作催化剂可以降低反应 的活化能，从而提高化学反应速率，C正 确；根据Δ H ＝反应物的键能之和－生成 物的键能之和，故CO2分解反应的热化学 方程式为2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　 Δ H ＝2×1 598 kJ·mol－1－2×1 072 kJ·m ol－1－496 kJ·mol－1＝＋556 kJ·mol－1， D错误。 2. 硫酸甲酯(CH3OSO3H)是制造染料的甲基化试剂，在有H2O存在的条件 下，CH3OH和SO3的反应历程如图所示(分子间的作用力用“ ”表示)。 下列说法错误的是(　C　) A. CH3OH与SO3反应的Δ H ＜0 B. a、b、c三种中间产物中，a最稳定 C. 该反应历程中最高能垒(活化能)为19.06 eV D. 由d转化为f过程中，有硫氧键的断裂和形成 C 由题图可知，A正确；a、b、c三种中间产物中，a的能量最低，故a最稳 定，B正确；由题意可知，d→e过程中活化能最高，为3.66 eV－(－2.96 eV)＝6.62 eV，C错误；由题图可知，D正确。 3. (2023·云南高三模拟)甲醇通过催化氧化制取甲醛时，在无催化剂(图 中实线)和加入特定催化剂(图中虚线)时均会产生甲醛，其反应中相关物 质的相对能量如图所示。下列说法错误的是(　A　) A. 无催化剂时，升高温度，生成甲醛的正反应速率 增大的程度比逆反应速率增大的程度大 B. 无催化剂时，生成CO的活化能比生成甲醛的活化 能小 C. 该条件下CO2 比CO的稳定性强 D. 加入该催化剂不能改变反应的焓变 A 由题图可知，甲醇催化氧化制取甲醛的反应是放热反应，升高温度，平 衡逆向移动，即生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的 程度小，故A错误；由题图可知，甲醇生成甲醛的峰值较大，生成CO 的峰值较小，即无催化剂时，生成CO 的活化能 比生成甲醛的活化能小，故B正确；由题图可知， CO2 具有的能量比CO 具有的能量低，该条件下 CO2 比CO 的稳定性强，故C正确；催化剂能改 变反应途径，但不改变生成物和反应物的能量， 所以加入该催化剂不能改变反应的焓变，故D正确。 4. (2023·烟台二中高三模拟)L n FeⅢ－Cl 配合物能够受光激发产生高活性的氯自由基(Cl·)，可将烷烃中难以活化的C(sp3)—H 转化为C—N ，反应机理变化情况如下图所示： 下列说法错误的是(　B　) B A. HCl 是反应过程的中间产物 B. 催化循环过程中涉及的自由基均表现强氧化性 C. 该过程中存在基元反应Cl·＋R—H R·＋HCl D. 该过程的总反应为Boc—N=N—Boc＋R—H A项，HCl 在基元反应Cl·＋R—H R·＋HCl中生成，又与L n FeⅡ 反应 生成L n FeⅢ－Cl 被消耗，故为中间产物，正确；B项，催化循环过程中 涉及的氯自由基和氮自由基均表现强氧化性，但是烷基自由基变成C— N键的过程中，C原子化合价升高， 表现还原性，错误；C项，根据图示 可知，该过程中存在基元反应Cl·＋R —H R·＋HCl，正确； D项，L n FeⅢ－Cl 受光激发产生高活性的氯自由基Cl ·参与反应， 使Boc—N=N—Boc 和R—H 反应生成 ，总反应为Boc—N=N—Boc＋R—H ， 正确。 反思归纳：能量—反应历程图的解读 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。 可知水煤气变换的Δ H 小于0。该历程中最大活化能 E 正＝2.02 eV，该步 骤的化学方程式：COOH*＋H*＋H2O* COOH*＋2H*＋OH*(或H2O* H*＋OH*)。 第一步：通览全图，理清坐标含义 此图为水煤气变换的反应历程中的能量变化图，横坐标表示CO2(g)与 H2O(g)在金催化剂表面的反应历程；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，Δ H ＜0，为放热反应。 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的活化能 E 正为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)(或H2O* OH*＋H*)；而过渡态2 的活化能 E 正为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*(或 H2O* OH*＋H*)。 第三步：综合分析，写出合理答案 由第一步分析得Δ H ＜0，由第二步比较过渡态1的活化能 E 正和过渡态2 的活化能 E 正得出，反应历程中最大活化能 E 正为过渡态2， E 正＝2.02 eV，化学方程式为COOH*＋H*＋H2O* COOH*＋2H*＋OH*(或H2O* OH*＋H*)。 $$