内容正文:
作业12 反应历程与新信息
考点1 反应历程与微粒变化
1.(2025河南卷,13)在 MoS2负载的RhGFe催
化剂作用下,CH4 可在室 温 下 高 效 转 化 为
CH3COOH,其可能的反应机理如图所示.
下列说法错误的是 ( )
A.该反应的原子利用率为100%
B.每消耗1molO2可生成1molCH3COOH
C.反应过程中,Rh和Fe的化合价均发生变化
D.若以CD4 为原料,用 H2O吸收产物可得
到CD3COOH
2.(2025黑吉辽蒙卷,14)一定条件下,“BrO-3
-SO2-3 -[Fe(CN)6]4--H+”4种原料按固
定流速不断注入连续流动反应器中,体系pHGt
振荡图像及涉及反应如下.其中AB 段发生
反应①~④,①②为快速反应.下列说法错误
的是 ( )
① SO2-3 +H+HSO-3
② HSO-3 +H+H2SO3
③
3HSO-3 +BrO-3 3SO2-4 +Br-
+3H+
④ H2SO3+BrO-3 →
⑤
BrO-3 +6H++6[Fe(CN)6]4-Br-+
6[Fe(CN)6]3-+3H2O
A.原料中c(H+)不影响振幅和周期
B.反 应④:3H2SO3+BrO-3 3SO2-4 +
Br-+6H+
C.反应①~④中,H+对SO2-3 的氧化起催化
作用
D.利用pH 响应变色材料,可将pH 振荡可
视化
3.(2025江苏卷,10)
CO2 与 NO-3 通过电
催 化 反 应 生 成
CO(NH2)2,可 能 的
反 应 机 理 如 图 所 示
(图中吸附在催化剂
表面的物种用“∗”标
注).下列说法正确的是 ( )
A.过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成
B.过程Ⅱ中NO-3 发生了氧化反应
C.电催化CO2与NO-3 生成CO(NH2)2的反
应方程式:CO2+2NO-3 +18H+
通电
催化剂
CO(NH2)2+7H2O
D.常温常压、无催化剂条件下,CO2与NH3
H2O反应可生产CO(NH2)2
4.(2023新课标卷,12,6分)“肼合成酶”以其
中的Fe2+配合物为催化中心,可将 NH2OH
与NH3转化为肼(NH2NH2),其反应历程如
图所示.
下列说法错误的是 ( )
A.NH2OH、NH3和 H2O均为极性分子
B.反应涉及N—H、N—O键断裂和N—N键
生成
C.催化中心的Fe2+被氧化为Fe3+,后又被还
原为Fe2+
D.将 NH2OH 替 换 为 ND2OD,反 应 可
得ND2ND2
05
化学
考点2 反应历程与能量变化
1.(2025河南卷,10)在催化剂a或催化剂b作
用下,丙烷发生脱氢反应制备丙烯,总反应的
化学方程式为CH3CH2CH3(g) CH3CH
CH2(g)+H2(g),反应进程中的相对能量
变化如图所示(∗表示吸附态,∗CH3CHCH2
+2∗H →CH3CHCH2(g)+H2(g)中部
分进程已省略).
下列说法正确的是 ( )
A.总反应是放热反应
B.两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡
常数不同
C.和催化剂b相比,丙烷被催化剂a吸附得到
的吸附态更稳定
D.① 转 化 为 ② 的 进 程 中,决 速 步 骤 为
∗CH3CH2CH3 →∗CH3CHCH3+∗H
2.(2025河北卷,12)氮化镓(GaN)是一种重要
的半导体材料,广泛应用于光电信息材料等领
域,可利用反应 Ga2O3(s)+2NH3(g)
2GaN(s)+3H2O(g)制备.反应历程(TS代
表过渡态)如下:
下列说法错误的是 ( )
A.反应ⅰ是吸热过程
B.反 应 ⅱ 中 H2O(g)脱 去 步 骤 的 活 化 能
为2.69eV
C.反应ⅲ包含2个基元反应
D.总反应的速控步包含在反应ⅱ中
3.(2024河北卷,14)我国科技工作者设计了如
图所示的可充电 MgGCO2 电池,以 Mg(TFSI)2
为电解质,电解液中加入1,3G丙二胺(PDA)以捕
获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4.该
设计克服了 MgCO3 导电性差和释放CO2 能力
差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高
了电池充放电循环性能.
对上述电池放电时CO2的捕获和转化过程开展
了进一步研究,电极上CO2转化的三种可能反应
路径及相对能量变化如图(∗表示吸附态).
15
作业12 反应历程与新信息
下列说法错误的是 ( )
A.PDA捕获CO2的反应为
H2N NH2 +CO2 →
H2N N
H
O
OH
B.路径2是优先路径,速控步骤反应式为
∗CO∗-2 + H2N N
H
O
OH +e- →
∗C2O2-4 + H2N NH2
C.路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同;路
径2、3起始物相同但产物不同
D.三个路径速控步骤均涉及∗CO∗-2 转化,路
径2、3的速控步骤均伴有PDA再生
4.(2023湖北卷,19,14分)纳米碗C40H10是一
种奇特的碗状共轭体系.高温条件下,C40H10
可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭
环脱氢反应生成.
C40H20(g)
H
→C40H18(g)+H2(g)的反应机
理和能量变化如下:
回答下列问题:
(1)已知C40Hx 中的碳氢键和碳碳键的键能分别
为431.0kJmol-1和298.0kJmol-1,H—H键
能为436.0kJmol-1.估算C40H20(g)
C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJmol-1.
(2)图示历程包含 个基元反应,其中
速率最慢的是第 个.
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数
目分别为 、 .
(4)1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)
C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压
强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转
化率为α,该反应的平衡常数 Kp 为
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压
×物质的量分数).
(5)C
40H19(g)
C40H18(g)+H(g)及
C
40 H11 (g)
C40H10(g)+H(g)反应的lnK(K 为平衡常
数)随温度倒数的关系如图所示.已知本实验
条件下,lnK=-ΔHRT+c
(R 为理想气体常数,
c为截距).图中两条线几乎平行,从结构的角
度分析其原因是 .
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又
能增大生成C40H10的反应速率的是 (填
标号).
a.升高温度 b.增大压强 c.加入催化剂
25
化学
5.C A.①A(g) M(g)的K=
k1
k-1
,②A(g) N(g)K
=
k2
k-2
,②-①得到 M(g) N(g),则 K=
xN,平衡
xM,平衡
=
k2
k-2
k1
k-1
=
k2k-1
k1k-2
,A正确;B.由图可知,0~t1 时间段,生成 M 和
N的物质的量相同,由此可知,生成 M 和 N 的平均反应
速率相等,B正确;C.若加入催化剂,k1 增大,更有利于
生成 M,则x1 变大,但催化剂不影响平衡移动,xM,平衡 不
变,C错误;D.若 A(g)→M(g)和 A(g)→N(g)均为放热
反应,升高温度,两个反应均逆向移动,A 的物质的量分
数变大,即xA,平衡 变大,D正确.
6.C A.a线 所 示 物 种 为 NaF(s),为 固 相 产 物;B.温 度
(T1)时通入 N2,各物质分压不变,平衡不移动;C.恒容
密闭容器 的 平 衡 体 系 的 气 相 产 物 只 有 SiF4(g),Kp=
p(SiF4),因此,p3 与T3 温度时热解反应的平衡常数 Kp
相等,D.b线所示物种为SiF4(g),T1 温度时向容器加入
SiF4(g),化学平衡向逆反应方向移动,因此重新达平衡
时逆反应速率增大.
7.C 在 溶 液 中 存 在 平 衡:CH3COOH CH3COO- +
H+ (①)、Ag+ +CH3COO- CH3COOAg(aq)(②),
Ag+ 的水解平衡 Ag+ +H2O AgOH+H+ (③),随
着pH 的 增 大,c(H+ )减 小,平 衡 ① ③ 正 向 移 动,
c(CH3COOH)、c(Ag+ )减 小,pH 较 小 时(约 小 于 78)
CH3COO- 浓度增大的影响大于 Ag+ 浓度减小的影响,
CH3COOAg浓 度 增 大,pH 较 大 时 (约 大 于 78)
CH3COO- 浓度增大的影响小于 Ag+ 浓度减小的影响,
CH3COOAg浓度减小,故线Ⅰ表示 CH3COOH 的摩尔
分数随pH 变化的关系,线Ⅱ表示 CH3COO- 的摩尔分
数随pH 变化的关系,线Ⅲ表示CH3COOAg随pH 变化
的关系.
A.根据分析,线Ⅱ表示 CH3COO- 变化情况,A 项错误;
B.由图可知,当c(CH3COOH)=c(CH3COO- )时(即线
Ⅰ和线Ⅱ的交点),溶液的 pH=m,则 CH3COOH 的电
离平衡 常 数 Ka=
c(H+ )c(CH3COO- )
c(CH3COOH)
=10-m,B 项
错 误;C.pH =n 时,
c(H+ )c(CH3COO- )
c(CH3COOH)
=10-m,
c(CH3COO- )=
10-mc(CH3COOH)
c(H+ )
=10n-m
c(CH3COOH),Ag+ +CH3COO- CH3COOAg(aq)
的K= c
(CH3COOAg)
c(Ag+ )c(CH3COO- )
,c(Ag+ )=
c(CH3COOAg)
Kc(CH3COO- )
,由图可知pH=n时,c(CH3COOH)=
c(CH3COOAg),代入 整 理 得c(Ag+ )=
10m-n
K mol
/L,C
项正确;D.根据元素守恒,pH=10时溶液中c(Ag+ )+
c(CH3COOAg)+c(AgOH)=008mol/L,D项错误;答
案选 C.
8.BD 电解质溶液图像.图像分析,
HgI2 溶 液 中 各 反 应 达 到 平 衡 后,增 大c(I- ),平 衡
HgI2(aq) HgI+ +I- 、HgI2(aq) Hg2+ +2I- 逆向
移动,c(HgI+ )、c(Hg2+ )均 减 小,且开始时c(HgI+ )<
c(Hg2+);平衡 HgI2(aq)+I- HgI-3 、HgI2(aq)+2I-
HgI2-4 正向移动,c(HgI-3 )、c(HgI2-4 )均增大,且开
始时c(HgI-3 )>c(HgI2-4 ).
曲线 L 表 示lgc(HgI2-4 )的 变 化 情 况,A 正 确;增 大
c(I- ),HgI2(aq) Hg2+ +2I- 、HgI2(aq) HgI+ +
I- 平衡逆向移动,c[HgI2(aq)]增大,从而使 HgI2(s)
HgI2(aq)平衡逆向移动,该溶液为 HgI2 的饱和溶液,则
c[HgI2(aq)]不 变,B 错 误;已 知 HgI2 (aq) Hg2+ +
2I- 、HgI2(aq) HgI+ +I- 的平衡常数分别为K1、K2,
由第二个反应-第一个反应,可得 Hg2+ +I- HgI+ K
= c
(HgI+)
c(Hg2+)c(I-)
=
K2
K1
,M点c(HgI+)=c(Hg2+),则c(I-)
=
K1
K2
,a=lgc(I-)=lg
K1
K2
,C正确;加入I- 使各平衡移动,
故溶液中I元素与 Hg元素的物质的量之比不始终为2∶1,
D错误.
作业12 反应历程与新信息
考点1 反应历程与微粒变化
1.B 由反应历程可知,总反应为2CO+2CH4+O2
2CH3COOH,据此解答.
A.该反应为化合反应,原子利用率为100%,A 正确;B.
由分析可知,每消耗1molO2 可生成2molCH3COOH,
B错误;C.由反应历程可知,催化剂 RhGFe有连接4个S
原子和2个S原子的,这两种类型的原子成键数目均会
发生改变,所以 Rh和Fe的化合价均发生变化,C正确;
D.若 以 CD4 为 原 料,由 反 应 历 程 可 知,会 生 成
CD3COOD,用 H2O 吸 收 产 物 时,其 存 在 电 离 平 衡:
CD3COOD CD3COO- +D+ ,CD3COO- 结合水电离
出的 H+ 可得到 CD3COOH,D正确.
2.A A.根据图像可知氢离子浓度影响振幅大小,A 错
误;B.反应 ④ 中 亚 硫 酸 被 氧 化,反 应 的 离 子 方 程 式 为
3H2SO3+BrO-3 3SO2-4 +Br- +6H+ ,B正确;C.由
于①②为快 速 反 应,而 溴 酸 根 离 子 直 接 氧 化 的 是 亚 硫
酸,所以反应①~④中,H+ 对SO2-3 的氧化起催化作用,
C正确;D.根据题干信息和图像可知利用pH 响应变色
材料,可将pH 振荡可视化,D正确.
3.A 过 程Ⅱ为∗CO2 和∗NO-3 在 酸 性 条 件 下 被 还 原 为
∗CO和∗NH2 的反应,生成了 N—H 等极性共价键;过
程Ⅲ为∗CO 与∗NH2 生成∗CO(NH2)2的反应,生成
了 C—N极性共价键,A 正确.过程Ⅱ是得电子的还原
反应,N元素的化合价由+5降为-2,C元素的化合价
由+4降为+2,B错误.所给离子方程式电荷和得失电
子不守恒,根据反应机理图可知,过程Ⅱ需要外界提供
电子,则正确的离子方程 式 为 CO2+2NO-3 +18H+ +
16e-
通电
催化剂
CO(NH2)2+7H2O,C错误.常温常压、无
催 化 剂 条 件 下,CO2 与 NH3 H2O 反 应 生 成
(NH4)2CO3 或 NH4HCO3,D错误.
4.D A.NH2OH、NH3、H2O 的电荷分布都不均匀,不对
称,为极性分子,A 正确;B.由反应历程可知,有 N-H、
N-O键断裂,还有 N-N 键的生成,B正确;C.由反应
历程可知,反应过程中,Fe2+ 先失去电子发生氧化反应
生成 Fe3+ ,后面又得到电子生成 Fe2+ ,C 正确;D.由反
应历程可知,反应过程中,生成的 NH2NH2 有两个氢来
源于 NH3,所以将 NH2OH 替换为 ND2OD,不可能得到
ND2ND2,得到 ND2NH2 和 HDO,D错误;故选 D.
611
化学
考点2 反应历程与能量变化
1.C A.由图可知,生成物能量高,总反应为吸热反应,A错误;B.
平衡常数只和温度有关,与催化剂无关,B错误;C.由图可知,丙
烷被催化剂a吸附后能量更低,则被催化剂a吸附后得到的吸
附态更稳定,C正确;D.活化能高的反应速率慢,是反应的决速
步骤,故决速步骤为∗CH3CHCH3→∗CH3CHCH2+∗H或∗
CH3CHCH3+∗H→∗CH3CHCH2+2∗H,D错误.
2.D 观察历程图,反应ⅰ的反应物 Ga2O3(s)+NH3(g)
的相 对 能 量 为 0,经 TS1、TS2、TS3 完 成 反 应,生 成
Ga2O2NH(s)和 H2O,此时的相对能量为0.05eV,因此
体系能量在反应中增加,则该反应为吸热过程,A 正确;
反应ⅲ中因 H2O(g)脱去步骤需要经过 TS5,则活化能
为0.70eV与 TS5的相对能量差,即3.39eV-0.70eV
=2.69eV,B正确:反应ⅱ从 Ga2ON2H2(s)生成2GaN
(s)+H2O(g)经历过渡态 TS6、TS7,说明该反应分两步
进行,包含2个基元反应,C正确;整个反应历程中,活化
能最高的步骤是反应ⅲ中 TS7对应的 步 骤(活 化 能 为
3.07eV),所以总反应的速控步包含在反应ⅲ中,D错误.
3.D 根据题给反应路径图可知,PDA(1,3G丙二胺)捕获
CO2 的产物为
H2N N
H
O
OH ,因 此 PDA 捕 获 CO2 的 反 应 为
H2N NH2 +CO2 → H2N N
H
O
OH ,A
正确;由反应进程中的能量变化可知,路径2的最大能垒
最小,因此与路径1和路径3相比,路径2是优先路径,
且路径2的最大能垒存在于∗CO∗-2 →∗C2O2-4 的步骤,
根 据 反 应 路 径 2 图 示 可 知, 该 步 骤 有
H2N N
H
O
OH 参与反应,因此速控步骤反应式
为∗CO∗-2 + H2N N
H
O
OH +e- →∗C2O2-4 +
H2N NH2 ,B正确;根据反应路径图可知,路径1、3
的中间产物不同,经历了不同的反应步骤,但产物均为
∗MgCO3, 而 路 径 2、3 的 起 始 物 均 为
∗ H2N N
H
O
OH ,产 物 分 别 为 ∗ MgC2O4 和
∗MgCO3,C正确;根据反应路径与相对能量的图像可知,
三个路径的速控步骤中∗CO∗-2 都参与了反应,且由 B
项分析可知,路径2的速控步骤伴有 PDA 再生,但路径
3 的 速 控 步 骤 为 ∗CO∗-2 得 电 子 转 化 为 ∗CO 和
∗CO2-3 ,没有PDA的生成,D错误.
4.解析:(1)由 C40H20和 C40H18的结构式和反应历程可以
看出,C40H20中断裂了2根碳氢键,C40H18形成了1根碳
碳键,所以 C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的 ΔH=
431kJmol-1×2-298kJmol-1-436kJmol-1=+128
kJmol-1,故答案为:128;
(2)由反应历程可知,包含3个基元反应,分别为:C40H20
+H C
40H19+H2,C
40H19+H2 C
40H19′+
H2,C
40H19′+H2 C40H18+H+H2 其中第三个
的活化能最大,反应速率最慢;
(3)由 C40H20的结构分析,可知其中含有1个五元环,10
个六元环,每脱两个氢形成一个五元环,则 C40H10总共
含有6个五元环,10个六元环;
(4)1200K 时,假 定 体 系 内 只 有 反 应 C40 H12 (g)
C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即
C40H12的初始压强),平衡转化率为α,设起始量为1mol,
则根据信息列出三段式为:
C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)
起始量(mol) 1 0 0
变化量(mol) α α α
平衡量(mol) 1-α α α
则p(C40 H12)=p0 ×
1-α
1+α
,p(C40 H10)=p0 ×
α
1+α
,
p(H2)= p0 ×
α
1+α
,该 反 应 的 平 衡 常 数 Kp =
p0×
α
1+α×p0×
α
1+α
p0×
1-α
1+α
=p0
α2
1-α2
;
(5)C
40H19(g) C40H18(g)+H(g)及 C
40H11(g)
C40H10(g)+H(g)反应的lnK(K 为平衡常数)随
温度倒数的关系如图.图中两条线几乎平行,说明斜率
几乎相等,根据lnK=-ΔHRT +c
(R 为 理 想 气 体 常 数,
c为截距)可知,斜率相等,则说明焓变相等,因为在反应
过程中,断裂和形成的化学键相同;
(6)a.由反应历程可知,该反应为吸热反应,升温,反应正
向进 行,提 高 了 平 衡 转 化 率,反 应 速 率 也 加 快,a符 合
题意;
b.由化学方程式可知,该反应为正向体积增大的反应,
加压,反应逆向进行,降低了平衡转化率,b不符合题意.
c.加入催化剂,平衡不移动,不能提高平衡转化率,c不
符合题意.
答案:(1)128
(2)3 3
(3)6 10
(4)p0
α2
1-α2
(5)在反应过程中,断裂和形成的化学键相同
(6)a
作业13 化学反应原理综合
考点1 二氧化碳的利用
解析:(1)电极 B是阴极,则电极反应式是 CO2+2e- +
2H+ HCOOH;
(2)① ΔH3 = ΔH2 - ΔH1 = - 378.7 kJ/mol+
393.5kJ/mol=+148kJ/mol;
②根据三段式,设转化的 CO2 为x,则:
CO2 (g)+H2 (g) HCOOH(g)
起始(mol/L)1 1 0
转化(mol/L)x x x
平衡(mol/L)1-x 1-x x
则K= x(1-x)2
=2.4×10-8,x≈2.4×10-8mol/L,则转
化率=2.4×10
-8
1 ×100%=2.4×10
-6%;
③用氨 水 吸 收 HCOOH,得 到 100 molL-1 氨 水 和
018molL-1甲酸铵的混合溶液,得出c(NH+4 )=018
mol/L,根 据 Kb =
c(OH- )c(NH+4 )
c(NH3H2O)
,则c(OH- )=
711
详解详析