热点题型03 化学反应机理探究与分析-2025年高考化学【热点·重点·难点】专练（上海专用）

热点题型03 化学反应机理探究与分析 1．教材中的经典图示 反应历程与活化能 催化剂对反应历程与活化能影响 2．催化剂的催化反应机理分析 (1)催化剂与化学反应：化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质(催化剂)其作用可降低反应的活化能。催化剂能改变反应的途径、降低反应的活化能、加快反应速率，但不能改变反应热的符号与数值、不能改变平衡的移动方向。 (2)催化剂与中间产物 催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。 中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。 3．反应历程 发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。 在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。 4．能垒与决速步 能垒简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成为慢反应。例如下图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤 。 (建议用时：30分钟) 考点1 反应历程与物质转化 1．(2025·上海市南洋模范中学高三上学期期中考试)NCl3和SiCl4均可发生水解反应，其中NCl3的水解机理示意图如下。下列说法正确的是( ) A．NH3和NCl3分子中各原子均满足8电子稳定结构。 B．CCl4与水混合微热就能发生水解反应 C．NCl3的水解过程中N原子的杂化轨道类型发生了变化 D．NCl3和SiCl4的水解反应机理不同 2．(2024·上海市虹口区高三下学期学习能力诊断测试)乙酸叔丁酯(M)的某合成反应历程如下图所示。下列说法正确的是( ) A．该合成反应的类型属于加成反应 B．该历程中存在非极性键的断裂与生成 C．Y中所有碳原子最外层均已达到8电子稳定结构 D．如果使用含的X为原料，则M中不含 3．(2024·上海市杨浦高级中学期末质量调研)治理硝酸盐污染可在碱性条件下将NO3-还原为NH3，反应机理如图。 关于以上机理说法正确的是( ) A．是反应历程中的中间产物 B．Co(OH)2是反应催化剂 C．增大的量，能提高NO3-的平衡转化率 D．过程①~③均为氧化还原反应 4．(2024·上海市吴淞中学下学期检测)氮氧化物会导致光化学烟雾和酸雨，在Fe3+的催化作用下，NH3可将还原为无污染的气体，反应历程如图。下列说法错误的是( ) A．该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成 B．图中的总反应可表示为4NH3+6NO=5N2+6H2O C．NH3的稳定性比H2O的弱 D．Fe2+是中间产物 5．(2024·上海市南模、控江、曹二、进才中学四校高三联考)一种CO2羰基化合成CH3OH反应机理的主要过程如下图所示(图中数字为键长的数值，单位相同且都省略)。下列说法错误的是( ) A．CO2在反应中被还原 B．总反应的原子利用率未达100% C．整个过程发生了2步加成反应 D．由上图可知，键长会受到周围基团的影响 考点2 反应机理与能量变化 6．(2024·上海市静安区高三下学期二模测试)乙烯与水通过加成反应可得乙醇。反应机理、能量变化与反应进程的关系如图所示。 下列叙述正确的是( ) A．①、②、③三步均属于加成反应 B．H+为反应的催化剂 C．①、②、③三步反应均为放热反应 D．总反应是放热反应，不需要加热就能发生 7．(2023·上海市金山区高三下学期质量监考二模)由X、Y转化为M的反应历程如图所示，下列说法错误的是( ) A．①→②的总过程放热 B．M是CH3COOH C．反应过程中形成C-H键 D．反应X＋Y→M的原子利用率为100% 8．(2025·上海市上海交通大学附属中学高三上学期阶段测试)(双选)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应。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Ⅱ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 9．(2024·上海市杨浦高级中学期中考试)(双选)对于反应：2NO(g)＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)，科学家根据光谱学研究提出如下反应历程： 第一步：2NO(g)N2O2(g) 快速平衡 第二步：N2O2(g)＋H2(g)=N2O(g) ＋H2O(g) 慢反应 第三步：N2O(g)＋H2(g)=N2(g) ＋H2O(g) 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列叙述正确的是 A．该反应的速率由第二步反应决定 B．第二步反应的活化能大于第三步的活化能 C．若第一步反应，则说明该步反应中正反应活化能大于逆反应活化能 D．反应的中间产物有N2O2、N2O和H2 10．(2024·上海市第二中学下学期期中考试等级考)(2)CH2=CH2与的加成反应分为两步，能量与反应历程如图所示。下列说法中正确的是__________ A．决速步骤是第一步 B．总反应为吸热反应 C．总能量：反应物低于生成物 D．过渡态1比过渡态2更稳定 考点3 活化能与决速率步骤 11．(2025·上海市建平中学高三上学期月考)一种双氧化物载体催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇的反应历程如图所示(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注)，决速步骤的反应方程式为 。 【答案】HCOO*+5H*=CH3O*+H2O+H* 【解析】决速步骤为活化能最大的一步，由图可知，决速步骤的反应方程式为HCOO*+5H*=CH3O*+H2O+H*。 12．(2024·上海市华东师范大学附属周浦中学期中测试)(2)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分 步进行，其中，第 步的正反应活化能最大。 13．(2024·上海市市二中学等级期中测试)以NH3、CO2为原料生产尿素的反应历程与能量变化如图所示。 (1)以NH3、CO2为原料生产尿素CO(NH2)2的ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)两步反应中，第 步(填“一”或“二”)反应是快反应。 14．(2024·上海市复旦大学附属中学高三上学期期中考试)甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其原理为：CH3OH(g) + H2O(g)CO2(g) + 3H2(g) ΔH，该反应历程如下，写出决速步的化学方程式 。 15．(2024·上海市宜川中学高三上学期11月考)(6)火箭推进器内氨氧燃烧的简化反应历程如下图所示，分析其反应机理。 该历程分 步进行，其中氢氧燃烧决速步对应的反应方程式为 。 16．(2025·上海市浦东复旦附中分校期末)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了CO2与H2在TiO2/Cu催化剂表面生成CH3OH和H2O(g)的部分反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用*标注。 (1)反应历程中反应速率最快一步的活化能的E正= eV。 (2)写出反应速率最快一步的化学方程式 。 17．(2025·上海市市西中学高三上学期期中考试)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图所示(TS表示过渡态，图示涉及的物质均是气体)。 (1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式 。 (2)上述该过程的总反应热化学方程式为 。 18．(2024·上海市延安中学期期末考试)用乙苯为原料，通过直接脱氢法或氧化脱氢法均可制备苯乙烯。 (2)关于反应：C8H18(g) =C8H8(g)＋H2(g) ΔH＝118kJ·mol−1，中国化学家提出了在某催化剂表面反应①的机理(代表苯基，代表吸附态)： (2)虚线框内反应历程共包含 步反应，其中化学反应速率最慢的一步活化能的值为 。 19．(2024·上海市复旦大学附属中学高三下学期阶段性质量检测)(5)反应S2O82-(aq)+2I-(aq)=2SO42-(aq)+I2(aq)在加入Fe3+催化后，反应进程中的能量变化如图所示。已知：反应机理中有Fe2+出现。 ①写出反应历程中“速率决定步骤”的热化学方程式： 。 ②反应过程中由于Fe2+浓度较低而不容易被检测到，请回答Fe2+浓度较低的原因： 。 20．(2024·上海交通大学附属中学高三上学期月考)为了缓解温室效应与能源供应之间的冲突，从空气中捕集CO2并将其转化为燃料或增值化学品成为了新的研究热点。 在此之前，我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应： ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1(主反应) ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2(副反应) (4)该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，为过渡态)：使用催化剂的曲线是 (选填字母： A．“甲”；B．“乙”)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 (为能量单位)。 21．(2024·上海市敬业中学下学期月考)合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(图中ad表示物质吸附在催化剂表面时的状态) 由图可知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH= kJ/mol，对总反应速率影响较大的是步骤 。(填写编号) 22．(2024·上海市南洋模范中学等级考)CO 变换反应为：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。 (1)一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即该组分的物质的量分数×总压)： p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa 和 p(H2)=0.75 MPa，则该反应的平衡常数 Kp= 。维持相同的温度和总压，提高水蒸气的投料比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90%，则原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为 。 (2)生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是___________。 A．反应温度越高越好 B．适当提高反应物压强 C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的 N2 (3)以固体催化剂 M 催化 CO 变换反应，能量-反应过程关系如下图所示。步骤 为决速步。(选填“I”或“II”) 用化学方程式表示该催化反应历程： 步骤 I： M(s)＋H2O(g)=MO(s)＋H2(g)， 步骤 II： 。 23．(2025·上海市行知中学2023-2024学年高三上学期期中考试)联氨(N2H4)可用于处理锅炉水中的溶解氧， 一种反应机理如下图所示。 (1)NH3 的电子式为 。 (2)[Cu(NH3)4]2+中心离子是 ，配位数是 。 (3)写出反应 I 的化学方程式，并用单线桥法表示电子转移的方向和数目： 。 (4)已知水合肼(N2H4•H2O)具有较强还原性，通常可被氧化为N2。现用如图流程可制得较纯的单质 Pt，下列有关说法不正确的是___________。 A．王水(由浓盐酸与浓硝酸组成)与粗Pt反应时仅体现氧化作用 B．NO3-中 N 原子的杂化轨道类型为sp2，空间结构为平面三角形 C．脱硝除去残余的 HNO3 和氮氧化物，主要目的是防止其污染环境 D．由 PtO2 制得 1mol 纯Pt，除脱销过程外理论上只需要 1mol N2H4•H2O 作还原剂 24．(2025·上海市黄浦区2024届高三下学期4月模拟考试(二模)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用*标注。 (1)合成氨反应：N2(g)＋H2(g) NH3(g)的 △H= kJ·mol-1(用图中字母表示)。 (2)推测该反应的正逆反应的活化能：Ea(正) Ea(逆)。 A．> B．= C．< (3)该反应历程中决定化学反应速率快慢的基元反应是_____。 A．N2(g)＋H2(g)=N*＋H2* B．N*＋H*=NH* C．NH2*＋H*=NH2* D．NH2*＋H*=NH3* 25．(2025·上海市南洋中学2024-2025学年高三上学期9月学习能力诊断测)用活化后的V2O5作催化剂，在有氧条件下氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图所示。 (1)上述历程中，钒元素被氧化的过程有 (填序号)；写出总反应的化学方程式： (2)按上述图中NH3、NO和O2的比例进行催化脱硝反应。反应一定的时间，和NO的转化率与温度的关系如上图所示。超过后，NO转化率急剧下降，而仍维持较高，原因可能是： 。 26．(2025·上海市洋泾中学2024-2025学年高三上学期9月质量检测 )如图是某一反应的反应历程理论模拟，其中包含了一系列基元反应。 (1)该反应历程包含了 步基元反应。 (2)这些基元反应的总反应就是反应___________。 A．① B．② C．③ D．④ (3)基于该图，下列说法正确的是___________。 A．即便更换催化剂，也无法改变图中的ΔE B．该反应的决速步骤对应的过渡态是TS3 C．TS2对应的基元反应涉及单键的断裂与双键的生成 D．通过理论模拟得到的反应热可能存在一定误差 27．(2025·上海市尚德实验学校2023-2024学年高二上学期等级测试(期末)合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(图中表示物质吸附在催化剂表面时的状态) (1)由图可知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH= kJ·mol−1，对总反应速率影响较大的是步骤 。(填写编号) (2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是_______。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加 C．使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加 D．增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加 28．(2025·上海市华东师范大学第二附属中学2023-2024学年高二下学期等级考)工业合成氨是人工固氮研究的重要领域，回答下列问题： (1)诺贝尔化学奖获得者格哈德•埃特尔确认了合成氨反应机理。673K时，各步反应的能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。 图中决速步骤的反应方程式为 ，该步反应的活化能Ea= 。 (2)我国科学家研制出双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，纳米Fe的温度为547℃，而的温度为415℃)，解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题，其催化合成氨机理如图所示。 结合上图分析解释：与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比，双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是 。 15 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点题型03 化学反应机理探究与分析 1．教材中的经典图示 反应历程与活化能 催化剂对反应历程与活化能影响 2．催化剂的催化反应机理分析 (1)催化剂与化学反应：化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质(催化剂)其作用可降低反应的活化能。催化剂能改变反应的途径、降低反应的活化能、加快反应速率，但不能改变反应热的符号与数值、不能改变平衡的移动方向。 (2)催化剂与中间产物 催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。 中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。 3．反应历程 发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。 在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。 4．能垒与决速步 能垒简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成为慢反应。例如下图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤 。 (建议用时：30分钟) 考点1 反应历程与物质转化 1．(2025·上海市南洋模范中学高三上学期期中考试)NCl3和SiCl4均可发生水解反应，其中NCl3的水解机理示意图如下。下列说法正确的是( ) A．NH3和NCl3分子中各原子均满足8电子稳定结构。 B．CCl4与水混合微热就能发生水解反应 C．NCl3的水解过程中N原子的杂化轨道类型发生了变化 D．NCl3和SiCl4的水解反应机理不同 【答案】D 【解析】A项，NH3中的H原子不满足8电子稳定结构，故A错误；B项，CCl4中碳原子无空的价层轨道和孤电子对，不能发生水解反应，故B错误；C项，NCl3的水解过程中N原子的杂化轨道类型始终是sp3杂化，没有发生变化，故C错误；D项，NCl3中的中心原子为N原子，有孤电子对，发生亲电水解，而SiCl4的中心原子为Si，没有孤电子对，发生亲核水解，所以两者的水解反应机理不同，故D正确；故选D。 2．(2024·上海市虹口区高三下学期学习能力诊断测试)乙酸叔丁酯(M)的某合成反应历程如下图所示。下列说法正确的是( ) A．该合成反应的类型属于加成反应 B．该历程中存在非极性键的断裂与生成 C．Y中所有碳原子最外层均已达到8电子稳定结构 D．如果使用含的X为原料，则M中不含 【答案】D 【解析】A项，该反应属于取代反应，描述错误，不符题意；B项，该反应中只存在C—O键、O—H键等极性键断裂，没有非极性键断裂，描述错误，不符题意；C项，Y中最中间的碳正离子缺电子，最外层电子数未达8电子稳定结构，描述错误，不符题意；D项，根据该反应进程描述，可以看到是叔丁醇上C—O键断键，最终链接的是乙酸提供的氧原子，故X结构中若带有18O原子，最终不会存在于产物酯的分子中，会在生成的水分子中，描述正确，符合题意；故选D。 3．(2024·上海市杨浦高级中学期末质量调研)治理硝酸盐污染可在碱性条件下将NO3-还原为NH3，反应机理如图。 关于以上机理说法正确的是( ) A．是反应历程中的中间产物 B．Co(OH)2是反应催化剂 C．增大的量，能提高NO3-的平衡转化率 D．过程①~③均为氧化还原反应 【答案】D 【解析】A项，由图示和分析可知，过程中Co先消耗后生成，所以Co是催化剂，A错误；B项，由图示和分析可知，过程中Co(OH)2先生成后消耗，是反应历程中的中间产物，B错误；C项，由以上分析可知，Co是催化剂，所以增大Co的量，不能改变平衡，即不能提高NO3- 的平衡转化率，C错误；D项，过程①为Co+ NO3-→Co(OH)2+ NO2- ，过程②为Co(OH)2 →Co，过程③为NO2-→NH3，均有元素化合价发生了变化，所以均为氧化还原反应，D正确；故选D。 4．(2024·上海市吴淞中学下学期检测)氮氧化物会导致光化学烟雾和酸雨，在Fe3+的催化作用下，NH3可将还原为无污染的气体，反应历程如图。下列说法错误的是( ) A．该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成 B．图中的总反应可表示为4NH3+6NO=5N2+6H2O C．NH3的稳定性比H2O的弱 D．Fe2+是中间产物 【答案】B 【解析】A项，该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成，如氧气生成水、NO生成N2，涉及到极性键和非极性键的断裂和形成，A正确；B项，从图示可知，该反应的总反应为4NH3+4NO+O24N2+6H2O，B错误；C项，N的非金属性弱于O的非金属性，则NH3的稳定性比H2O弱，C正确；D项，从图示可知，反应过程中Fe2+先生成后又转化为Fe3+，因此Fe2+为中间产物，D正确；故选B。 5．(2024·上海市南模、控江、曹二、进才中学四校高三联考)一种CO2羰基化合成CH3OH反应机理的主要过程如下图所示(图中数字为键长的数值，单位相同且都省略)。下列说法错误的是( ) A．CO2在反应中被还原 B．总反应的原子利用率未达100% C．整个过程发生了2步加成反应 D．由上图可知，键长会受到周围基团的影响 【答案】C 【解析】从反应机理的过程图可知，CO2与H2反应生成HCOOH，HCOOH反应生成HOCH2OH，HOCH2OH反应生成HCHO，HCHO最后反应生成CH3OH。A项，CO2在反应中与氢气发生加成反应，被还原，A正确；B项，HOCH2OH反应生成HCHO的过程中脱去了一分子水，原子利用率未达到100%，B正确；C项，整个过程中CO2与氢气加成生成HCOOH，HCOOH与氢气加成生成HOCH2OH，HCHO与H2加成生成CH3OH，整个过程发生了3步加成反应，C错误；D项，从图中可知，因为H2的影响，C=O的长度发生变化，D正确；故选C。 考点2 反应机理与能量变化 6．(2024·上海市静安区高三下学期二模测试)乙烯与水通过加成反应可得乙醇。反应机理、能量变化与反应进程的关系如图所示。 下列叙述正确的是( ) A．①、②、③三步均属于加成反应 B．H+为反应的催化剂 C．①、②、③三步反应均为放热反应 D．总反应是放热反应，不需要加热就能发生 【答案】B 【解析】A项，不饱和碳原子与其他原子直接结合形成新的化合物为加成反应，反应①②为加成反应，A错误；B项，反应前加入H+，反应后又产生了H+，所以H+为催化剂，B正确；C项，反应①中反应物能量低于生成物，该反应为吸热反应。②③反应的反应物能量均高于生成物的能量，这两反应均为放热反应，C错误；D项，对于总反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应为放热反应。但反应加热与否与放热吸热无关，D错误；故选B。 7．(2023·上海市金山区高三下学期质量监考二模)由X、Y转化为M的反应历程如图所示，下列说法错误的是( ) A．①→②的总过程放热 B．M是CH3COOH C．反应过程中形成C-H键 D．反应X＋Y→M的原子利用率为100% 【答案】C 【解析】A中根据反应物和生成物的能量变化判断反应类型；B中根据有机物的球棍模型判断判断化学式；C中利用反应物和生成物的变化判断形成的键；D中利用反应方程式进行判断。A项，根据图象中反应物的能量变化由高到低判断该反应为放热反应，A正确；B项，根据图象中的M的球棍模型判断化学式为CH3COOH，B正确；C项，根据图象中X判断是甲烷，Y是二氧化碳，两者形成乙酸，形成的是碳碳键、氧氢键，C不正确；D项，根据原子守恒甲烷和二氧化碳1:1完全反应生成乙酸，故原子利用率100%，D正确；故选C。 8．(2025·上海市上海交通大学附属中学高三上学期阶段测试)(双选)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应。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Ⅱ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 【答案】CD 【解析】A项，由图可知，使用催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ时反应均出现四个波峰，说明反应历程都分4步进行，故A正确；B项，由图可知，该反应是放热反应，则反应达平衡时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，R的浓度增大，故B正确；C项，反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，使用催化剂Ⅰ时反应的最高活化能小于使用催化剂Ⅱ，则使用Ⅰ时，反应速率更快，反应体系更快达到平衡，故C错误；D项，反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，在前两个历程中使用催化剂Ⅰ时，反应的活化能较低，反应速率较快，后两个历程中使用催化剂Ⅰ时，反应的活化能较高，反应速率较慢，所以使用催化剂Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D错误；故选CD。 9．(2024·上海市杨浦高级中学期中考试)(双选)对于反应：2NO(g)＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)，科学家根据光谱学研究提出如下反应历程： 第一步：2NO(g)N2O2(g) 快速平衡 第二步：N2O2(g)＋H2(g)=N2O(g) ＋H2O(g) 慢反应 第三步：N2O(g)＋H2(g)=N2(g) ＋H2O(g) 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列叙述正确的是 A．该反应的速率由第二步反应决定 B．第二步反应的活化能大于第三步的活化能 C．若第一步反应，则说明该步反应中正反应活化能大于逆反应活化能 D．反应的中间产物有N2O2、N2O和H2 【答案】AB 【解析】A项，总反应的速率由慢反应决定，所以该反应的速率由第二步反应决定，故A正确；B项，反应的活化能越大，化学反应速率越慢，第二步反应为慢反应，则第二步反应的活化能大于第三步的活化能，故B正确；C项，若反应ΔH<0，则说明该步反应中正反应活化能小于逆反应活化能，故C错误；D项，H2是反应物，不是中间产物，故D错误；故选AB。 10．(2024·上海市第二中学下学期期中考试等级考)(2)CH2=CH2与的加成反应分为两步，能量与反应历程如图所示。下列说法中正确的是__________ A．决速步骤是第一步 B．总反应为吸热反应 C．总能量：反应物低于生成物 D．过渡态1比过渡态2更稳定 【答案】(2)A 【解析】(2)A项，由图可知，第一步反应的活化能大、第二步反应的活化能小，则第一步的反应速率比第二步的慢，决速步骤是第一步，故A正确；B项，由图可知，整个反应过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，总反应为放热反应，故B错误；C项，由图可知，整个反应过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C错误；D项，由图可知，过渡态1的能量比过渡态2更高，能量越高越不稳定，过渡态1比过渡态2更不稳定，故D错误；故选A。 考点3 活化能与决速率步骤 11．(2025·上海市建平中学高三上学期月考)一种双氧化物载体催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇的反应历程如图所示(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注)，决速步骤的反应方程式为 。 【答案】HCOO*+5H*=CH3O*+H2O+H* 【解析】决速步骤为活化能最大的一步，由图可知，决速步骤的反应方程式为HCOO*+5H*=CH3O*+H2O+H*。 12．(2024·上海市华东师范大学附属周浦中学期中测试)(2)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分 步进行，其中，第 步的正反应活化能最大。 【答案】(2) 4 4 【解析】(2)分析图可知，反应一共经历4步历程，依据图像差值分析，步骤4的正反应活化能最大。 13．(2024·上海市市二中学等级期中测试)以NH3、CO2为原料生产尿素的反应历程与能量变化如图所示。 (1)以NH3、CO2为原料生产尿素CO(NH2)2的ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)两步反应中，第 步(填“一”或“二”)反应是快反应。 【答案】(1)() (2)一 【解析】(1)第一步反应Ⅰ：△H=( )kJ/mol；第二步反应Ⅱ：△H=( ) kJ/mol；根据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得() kJ/mol；(2)根据图示Ea1<Ea3，可知第一步反应的活化能＜第二步反应的活化能，故第一步反应是快反应。 14．(2024·上海市复旦大学附属中学高三上学期期中考试)甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其原理为：CH3OH(g) + H2O(g)CO2(g) + 3H2(g) ΔH，该反应历程如下，写出决速步的化学方程式 。 【答案】2CH3OH→HCOOCH3+2H2 【解析】根据活化能越大，反应速率越慢，而慢反应决定总反应速率的快慢，由图可知，因此第一步反应的反应速率最慢，为决速步骤，决速步的化学方程式2CH3OH→HCOOCH3+2H2。 15．(2024·上海市宜川中学高三上学期11月考)(6)火箭推进器内氨氧燃烧的简化反应历程如下图所示，分析其反应机理。 该历程分 步进行，其中氢氧燃烧决速步对应的反应方程式为 。 【答案】(6) 4 【解析】(6)根据图示，该历程分4步进行；活化能越多反应速率越慢，慢反应决定总反应速率，第一步反应活化能最大，第一步是决速步，对应的反应方程式为。 16．(2025·上海市浦东复旦附中分校期末)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了CO2与H2在TiO2/Cu催化剂表面生成CH3OH和H2O(g)的部分反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用*标注。 (1)反应历程中反应速率最快一步的活化能的E正= eV。 (2)写出反应速率最快一步的化学方程式 。 【答案】(1)0.61 (2) 【解析】(1)反应历程中反应速率最快一步的能垒即活化能最小的一步，可知最小的活化能为1.69eV-1.08 eV=0.61 eV；(2)反应速率最快一步的化学方程式为。 17．(2025·上海市市西中学高三上学期期中考试)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图所示(TS表示过渡态，图示涉及的物质均是气体)。 (1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式 。 (2)上述该过程的总反应热化学方程式为 。 【答案】(1)N2O2(g)＋CO(g)=N2O(g) ＋CO2(g) ΔH＝-513.5kJ·mol−1 (2) 2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝-620.9kJ·mol−1 【解析】(1)根据图示中反应历程中三个基元反应可知，反应①2NO(g)N2O2(g) ΔH＝+199kJ·mol−1；反应②N2O2(g)＋CO(g)=N2O(g) ＋CO2(g) ΔH＝-513.5kJ·mol−1；反应③N2O(g)＋CO(g)=N2(g) ＋CO2(g) ΔH＝-306.6kJ·mol−1。(2)根据盖斯定律反应①+反应②+反应③即得总反应，总反应热化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝-620.9kJ·mol−1。 18．(2024·上海市延安中学期期末考试)用乙苯为原料，通过直接脱氢法或氧化脱氢法均可制备苯乙烯。 (2)关于反应：C8H18(g) =C8H8(g)＋H2(g) ΔH＝118kJ·mol−1，中国化学家提出了在某催化剂表面反应①的机理(代表苯基，代表吸附态)： (2)虚线框内反应历程共包含 步反应，其中化学反应速率最慢的一步活化能的值为 。 【答案】(2) 2 63.5 【解析】(2)由图可知，该反应为：i→ii→iii，共2步反应，活化能越大，反应速率越慢，则虚线框内化学反应速率最慢的一步为i变为过渡态1，其活化能为(86.6-23.1) kJ·mol-1=63.5 kJ·mol-1。 19．(2024·上海市复旦大学附属中学高三下学期阶段性质量检测)(5)反应S2O82-(aq)+2I-(aq)=2SO42-(aq)+I2(aq)在加入Fe3+催化后，反应进程中的能量变化如图所示。已知：反应机理中有Fe2+出现。 ①写出反应历程中“速率决定步骤”的热化学方程式： 。 ②反应过程中由于Fe2+浓度较低而不容易被检测到，请回答Fe2+浓度较低的原因： 。 【答案】(5) 2Fe3+(aq)+2I-(aq)=I2(aq)+2Fe2+(aq)    △H=(E3-E2)kJ•mol-1 第一步基元反应活化能较高为慢反应，第二步基元反应活化能较小为快反应。第一步反应产生的Fe2+很快被第二步反应消耗，故Fe2+浓度较小 【解析】(5)活化能高的为决速步骤反应历程中“速率决定步骤”的热化学方程式：2Fe3+(aq)+2I-(aq)=I2(aq)+2Fe2+(aq) △H=(E3-E2)kJ•mol-1；Fe2+浓度较低的原因：第一步基元反应活化能较高为慢反应，第二步基元反应活化能较小为快反应。第一步反应产生的Fe2+很快被第二步反应消耗，故Fe2+浓度较小。 20．(2024·上海交通大学附属中学高三上学期月考)为了缓解温室效应与能源供应之间的冲突，从空气中捕集CO2并将其转化为燃料或增值化学品成为了新的研究热点。 在此之前，我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应： ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1(主反应) ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2(副反应) (4)该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，为过渡态)：使用催化剂的曲线是 (选填字母： A．“甲”；B．“乙”)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 (为能量单位)。 【答案】(4) 乙 0.20 【解析】(4)使用催化剂能够降低反应的活化能，使反应速率大大加快，从而缩短了达到平衡所需时间。根据图示可知曲线乙表示的是使用催化剂的曲线；对于多步反应，活化能最大的慢反应对总反应起决定作用。未使用催化剂时，慢反应的活化能为1.80 eV-0.20 eV=1.60 eV；当使用了催化剂后，活化能变为：0.40 eV-(-1.00 eV)=1.40 eV，可见催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低1.60 eV-1.40 eV=0.20 eV。 21．(2024·上海市敬业中学下学期月考)合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(图中ad表示物质吸附在催化剂表面时的状态) 由图可知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH= kJ/mol，对总反应速率影响较大的是步骤 。(填写编号) 【答案】-92.2kJ/mol ③ 【解析】由图可知，N2(g)+3H2(g)NH3(g) ΔH=-(500-307.8-100)kJ/mol=-92.2kJ/mol,对总反应速率影响较大的步骤为2•N和6•H生成2•NH3，即为③。 22．(2024·上海市南洋模范中学等级考)CO 变换反应为：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。 (1)一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即该组分的物质的量分数×总压)： p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa 和 p(H2)=0.75 MPa，则该反应的平衡常数 Kp= 。维持相同的温度和总压，提高水蒸气的投料比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90%，则原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为 。 (2)生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是___________。 A．反应温度越高越好 B．适当提高反应物压强 C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的 N2 (3)以固体催化剂 M 催化 CO 变换反应，能量-反应过程关系如下图所示。步骤 为决速步。(选填“I”或“II”) 用化学方程式表示该催化反应历程： 步骤 I： M(s)＋H2O(g)=MO(s)＋H2(g)， 步骤 II： 。 【答案】(1) 9 5：9 (2)BC (3) II CO(g)+MO(s)=CO2(g)+ M(s) 【解析】(1)则该反应的平衡常数 Kp= =9，维持相同的温度和总压，提高水蒸气的投料比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90%，列出三段式： Kp= ，解得a：b=5：9。(2)A项，该反应是放热反应，反应温度过高，反应速率变快，但不利于平衡正向移动，生产过程中，反应温度不是越高越好，A不符合题意；B项，适当增大压强，可加快反应速率，B符合题意；C项，选择合适的催化剂有利于加快反应速率，C符合题意；D项，若为恒容条件，通入氮气对反应速率无影响，若为恒压条件，通入氮气后，容器体积变大，反应物浓度减小，反应速率变慢，D不符合题意；故选BC。(3)反应I得活化能小于反应II，则反应II速率较慢为决速步，用化学方程式表示该催化反应历程：步骤 I：M(s)＋H2O(g)=MO(s)＋H2(g)，由总反应可知步骤 II为：CO(g)+MO(s)=CO2(g)+ M(s)。 23．(2025·上海市行知中学2023-2024学年高三上学期期中考试)联氨(N2H4)可用于处理锅炉水中的溶解氧， 一种反应机理如下图所示。 (1)NH3 的电子式为 。 (2)[Cu(NH3)4]2+中心离子是 ，配位数是 。 (3)写出反应 I 的化学方程式，并用单线桥法表示电子转移的方向和数目： 。 (4)已知水合肼(N2H4•H2O)具有较强还原性，通常可被氧化为N2。现用如图流程可制得较纯的单质 Pt，下列有关说法不正确的是___________。 A．王水(由浓盐酸与浓硝酸组成)与粗Pt反应时仅体现氧化作用 B．NO3-中 N 原子的杂化轨道类型为sp2，空间结构为平面三角形 C．脱硝除去残余的 HNO3 和氮氧化物，主要目的是防止其污染环境 D．由 PtO2 制得 1mol 纯Pt，除脱销过程外理论上只需要 1mol N2H4•H2O 作还原剂 【答案】(1) (2) Cu2+ 4 (3) (4)AD 【解析】根据制备单质Pt的流程图，N2H4•H2O与PtO2发生氧化还原反应生成粗Pt，粗Pt与王水(浓盐酸和浓硝酸组成)生成，经过脱硝，再加入N2H4•H2O，发生氧化还原反应生成单质Pt。(1)NH3 的电子式为；(2)[Cu(NH3)4]2+中心离子是Cu2+，配位数是4；(3)反应 I 的化学方程式，用单线桥法表示电子转移的方向和数目为；(4)A项，王水(由浓盐酸与浓硝酸组成)与粗 Pt 反应时，浓硝酸体现氧化性，浓盐酸体现酸性，A错误；B项，NO3-中 N 原子的价电子对数为3，杂化轨道类型为 sp2 ，空间结构为平面三角形，B正确；C项，脱硝除去残余的 HNO3 和氮氧化物，主要目的是防止其污染环境，C正确；D项，由 PtO2 制得 1mol 纯Pt，PtO2先与N2H4•H2O反应生成粗Pt，N2H4•H2O被还原为氮气，根据得失电子守恒，1mol PtO2消耗N2H4•H2O的物质的量为1mol，后续H2[]PtCl6]与N2H4•H2O再发生氧化还原反应，此过程1mol H2[]PtCl6]消耗1molN2H4•H2O，因此由 PtO2 制得1mol纯Pt，除脱销过程外理论上需要 2mol N2H4•H2O 作还原剂，D错误；故选AD。 24．(2025·上海市黄浦区2024届高三下学期4月模拟考试(二模)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用*标注。 (1)合成氨反应：N2(g)＋H2(g) NH3(g)的 △H= kJ·mol-1(用图中字母表示)。 (2)推测该反应的正逆反应的活化能：Ea(正) Ea(逆)。 A．> B．= C．< (3)该反应历程中决定化学反应速率快慢的基元反应是_____。 A．N2(g)＋H2(g)=N*＋H2* B．N*＋H*=NH* C．NH2*＋H*=NH2* D．NH2*＋H*=NH3* 【答案】(1) (b-a) (2)C (3)D 【解析】从相对能量上看，合成氨反应是放热反应，ΔH=生成物总能量-反应物总能量=(b-a) -0=(b-a) kJ/mol；由反应历程和相对能量图可知，活化能最大的是过渡态4的反应，因此化学方程式为 。(1)从相对能量上看，合成氨反应是放热反应，ΔH=生成物总能量-反应物总能量=(b-a) -0=(b-a) kJ/mol，故答案为：(b-a)；(2)该反应ΔH＜0，，，故选C；(3)决定化学反应速率快慢的基元反应是活化能最大的反应即最慢的一步反应，从图中可知活化能最大的是过渡态4的反应，因此化学方程式为，故选D。 25．(2025·上海市南洋中学2024-2025学年高三上学期9月学习能力诊断测)用活化后的V2O5作催化剂，在有氧条件下氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图所示。 (1)上述历程中，钒元素被氧化的过程有 (填序号)；写出总反应的化学方程式： (2)按上述图中NH3、NO和O2的比例进行催化脱硝反应。反应一定的时间，和NO的转化率与温度的关系如上图所示。超过后，NO转化率急剧下降，而仍维持较高，原因可能是： 。 【答案】(1) ④ 4NH3+4NO+O24N2+6H2O (2)超过200℃后，NH3与O2生成NO 【解析】(1)根据题中反应历程图所示，变化④中V元素化合价升高，钒元素被氧化的过程有④；V2O5作催化剂，NH3与O2、NO反应生成N2和H2O，根据化合价升降相等及原子守恒可得，反应化学方程式为：4NH3+4NO+O24N2+6H2O。(2)一定条件下，NH3和O2反应生成NO，超过200℃后NH3→NO，导致NO的转化率急剧下降，而NH3仍维持较高，故答案为：超过200℃后，NH3与O2生成NO。 26．(2025·上海市洋泾中学2024-2025学年高三上学期9月质量检测 )如图是某一反应的反应历程理论模拟，其中包含了一系列基元反应。 (1)该反应历程包含了 步基元反应。 (2)这些基元反应的总反应就是反应___________。 A．① B．② C．③ D．④ (3)基于该图，下列说法正确的是___________。 A．即便更换催化剂，也无法改变图中的ΔE B．该反应的决速步骤对应的过渡态是TS3 C．TS2对应的基元反应涉及单键的断裂与双键的生成 D．通过理论模拟得到的反应热可能存在一定误差 【答案】(1)3 (2)A (3)CD 【解析】根据题目所给图分析，该反应的总反应为2NO+2CO=2CO2+N2。(1)根据分析，反应历程一共经过三个基元反应，分别为①N=+NO→O-N=N-O；O-N=N-O+CO→CO2+N2O；③CO+N2O→2CO2+N2；(2)根据分析，该反应总反应为一氧化氮与一氧化碳反应生成二氧化碳和氮气，故选A；(3)A项，催化剂可以降低反应活化能，更换催化剂，可能改变反应的活化能，即ΔE，A错误；B项，决速步反应是活化能最大的一步反应，由图可知，第一步反应的活化能最大，即该反应的决速步骤对应的过渡态是TS1，B错误；C项，由图可知，第二步反应有N-O键的断裂和C=O的形成，C正确；D项，通过理论模拟得到的反应热可能存在一定误差，D正确；故选CD。 27．(2025·上海市尚德实验学校2023-2024学年高二上学期等级测试(期末)合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(图中表示物质吸附在催化剂表面时的状态) (1)由图可知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH= kJ·mol−1，对总反应速率影响较大的是步骤 。(填写编号) (2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是_______。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加 C．使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加 D．增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加 【答案】(1)-92.2 ③ (2)AC 【解析】(1)由图中可知，氮气和氢气反应生成氨气的焓变：-(500-100-307.8)kJ·mol−1=-92.2 kJ·mol−1；活化能越大，对化学反应速率影响越大，故对总反应影响最大的是步骤③；(2)A项，升高温度，使分子的能量增大，活化分子百分数增大，A正确；B项，增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，但活化分子百分数不变，单位体积内活化分子总数增多，B错误；C项，催化剂降低活化能，增大活化分子百分数，C正确；D项，增大压强，不能改变活化能，D错误；故选AC。 28．(2025·上海市华东师范大学第二附属中学2023-2024学年高二下学期等级考)工业合成氨是人工固氮研究的重要领域，回答下列问题： (1)诺贝尔化学奖获得者格哈德•埃特尔确认了合成氨反应机理。673K时，各步反应的能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。 图中决速步骤的反应方程式为 ，该步反应的活化能Ea= 。 (2)我国科学家研制出双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，纳米Fe的温度为547℃，而的温度为415℃)，解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题，其催化合成氨机理如图所示。 结合上图分析解释：与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比，双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是 。 【答案】(1)+=N*+ 3H* 62 (2)N≡N在“热Fe”表面易于断裂，有利于提高合成氨反应的速率：“冷Ti”低于体系温度，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率 【解析】(1)决速步骤是速率最慢的，活化能最高的，因此反应的方程式为+=N*+ 3H*；该步反应的活化能=17+45=62kJ/mol；(2)N≡N在“热Fe”表面易于断裂，有利于提高合成氨反应的速率；“冷Ti”低于体系温度，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，故与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比，Fe-TiO2-xHy双催化剂双温催化合成氨具备优势。 21 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$