专题01 化学反应历程（机理）图分析（重难点讲义）化学人教版2019选择性必修1

专题04 化学反应历程（机理）图分析 1.知道化学反应是有历程的，了解基元反应、过渡态理论； 2.知道催化剂可以改变反应历程，了解简单的催化机理及其对调控化学反应速率的重要意义。 一、物质能量变化 1．基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应；先后进行的基元反应反映了反应历程，反应历程又称反应机理。如H2和O2的反应需经历多步基元反应才能完成，主要的4步基元反应如下： （1）H2―→2H·(速率最小，称为决速步)； （2）H·＋O2―→·OH＋O·； （3）O·＋H2―→·OH＋H·； （4）·OH＋H2―→H2O＋H·。 2．过渡态理论 过渡态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。 AB＋C―→[A…B…C]―→A＋CB 反应物 　过渡态 生成物 过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越小]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH，反应历程示意图如下： 3．活化能与反应机理 使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，增大反应速率，如下图所示： E1为总反应的活化能；E2、E3为使用催化剂后，反应机理中各步的活化能。 4．解答能量变化图像“四关键” （1）明确图像横纵坐标的含义：一般是横轴表示反应过程，纵轴表示能量变化。 （2）细致观察各个步骤的变化：起始态、过渡态、最终态等。 （3）厘清图像变化与概念间的关系：吸热反应和放热反应、活化能、ΔH、稳定性等的正确判断。 （4）结合题意进行决速步骤的判断，ΔH的计算等。 二、物质催化循环 1．“环式”物质催化循环图示 2．循环反应机理图的分析思路 （1）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，以催化剂粒子为主题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、中间物种(或中间体) 反应物 通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物 生成物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是生成物 中间体 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　]”标出 （2）逐项分析得答案 根据第一步由题给情境信息，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。 三、反应机理(“环式”反应)图像及分析 1.模型：“环式”反应 （1）位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧；“入环”的物质为反应物，如①和④； （2）“出环”的物质为生成物，如②和③。 2.催化剂与中间产物 （1）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。 （2）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又消耗多少。 【思维模型】“环式”反应机理图像分析模型(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，以催化剂粒子为主题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、中间物种(或中间体) 反应物 生成物 中间体 通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质多是产物 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　]”标出 四、能垒与决速步骤及分析 1.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，也称为慢反应。 如图所示，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。 2.模型 （1）能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。 （2）用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 （3）相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高，产物的稳定性强。 题型01 化学反应机理与反应历程图像 【典例01】（2025·安徽·一模）标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。下列说法不正确的是(　　) A．E6－E3＝E5－E2 B．可计算Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·mol－1 C．相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ>历程Ⅰ D．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应的热化学方程式为ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5—E4) kJ·mol－1 题型02 反应机理与“环式”反应图像 【典例02】（2025·四川卷）钒催化剂对氧化苯制备苯酚的反应具有良好的催化活性，反应机理如图所示，其中步骤③为放热反应。 下列说法错误的是 A．步骤①反应为 B．步骤③正、逆反应的活化能关系为 C．在催化循环中起氧化作用 D．步骤③生成的物质Z是 题型03 反应机理与过渡态图像 【典例03】 (2024·甘肃卷)甲烷在某含Mo催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　) A．E2＝1.41 eV B．步骤2逆向反应的ΔH＝＋0.29 eV C．步骤1的反应比步骤2快 D．该过程实现了甲烷的氧化 题型04 能垒图像与反应速率、化学平衡综合考查 【典例04】（2025·江西·一模）铜催化乙炔选择性氢化制1，3－丁二烯的反应机理如图所示(吸附在铜催化剂表面上的物种用*标注)。 下列说法正确的是(　　) A.反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率 B.若原料用丙炔，则会有2种分子式为C6H10的有机物生成 C.增大Cu的表面积，可加快反应速率，提高C2H2的平衡转化率 D.C2H转化成C4H6(g)过程中，有非极性键的断裂和形成 【巩固练】 1.（2025·广东·二模）对于反应X(g)2Z(g)[Y(g)为中间产物]：①反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示；②提高反应温度，、均增大。基于以上事实，可能的反应进程示意图为 A． B． C． D． 2.（2025·甘肃金昌·三模）乙酸制氢过程发生的反应为Ⅰ．CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)；Ⅱ．CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)，能量变化如图所示。某温度下，在管式反应器中发生上述反应，物料在一端连续加入，在管中反应后从另一端流出，下列相关说法错误的是 A．反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ是放热反应 B．反应Ⅱ的活化能小，反应速率大 C．使用催化剂不能提高H2的产率 D．适当升高温度可提高H2的产率 3.（24-25高三上·贵州黔东南·期末）一定条件下，丙烯与反应生成和的反应历程如图所示。下列说法错误的是 A．比更稳定 B．合成的反应中，第I步为反应的决速步骤 C．反应中既有极性键的断裂和形成，又有非极性键的断裂和形成 D．其他条件不变，适当升高温度可以提高加成产物中的比例 4.（2025·黑龙江哈尔滨·二模）我国科学家实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。有关物质转化过程示意如下： 下列说法不正确的是 A．C6→淀粉的过程中只涉及O-H键的断裂和形成 B．反应②中CO2→CH3OH，碳原子的杂化方式发生了变化 C．核磁共振、X射线衍射等技术可检测合成淀粉与天然淀粉的结构组成是否一致 D．反应①中分解H2O制备H2需从外界吸收能量 5.（2025·云南大理·二模）Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如下图所示： 下列关于该活化历程的说法正确的是 A．该反应的决速步是：中间体2→中间体3 B．只涉及极性键的断裂和生成 C．Ni是该反应的催化剂 D．该反应的热化学方程式为：   6.（2025·吉林·二模）我国科研工作者以CO2和H2O为原料制得淀粉，实现“喝西北风”吃饱。其核心反应里有一步是在催化剂作用下CO2加氢制得甲醇，该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注，如*CO2表示CO2吸附在催化剂表面，图中*H已省略)。 下列说法错误的是 A．CO2加氢制甲醇过程中原子利用率小于100% B．合成甲醇过程的决速步化学反应方程式为*OCH3+*H→*CH3OH C．该过程中得到相对较多的副产物为CO D．CO2加氢制甲醇过程中伴随副反应，选择合适催化剂可提高甲醇反应的选择性 7.（2025·湖北·三模）东南大学化学化工学院张袁健教授探究Fe—N—C和Co—N—C分别催化H2O2分解的反应机理，部分反应历程如图所示(MS表示吸附在催化剂表面物种；TS表示过渡态)： 下列说法错误的是 A．催化效果：催化剂Co—N—C高于催化剂Fe—N—C B．Fe—N—C催化：MS1(s)=MS2(s)　ΔH=-0.22 eV C．催化剂Fe—N—C比催化剂Co—N—C的产物更容易脱附 D．Co—N—C和Fe—N—C催化H2O2分解均为吸热反应 8.（24-25高三上·贵州贵阳·期末）在催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量的关系如图所示： 下列说法正确的是 A．在催化剂表面脱氢反应的 B．在历程Ⅰ~Ⅴ中，涉及极性键和非极性键的断裂 C．若用代替，得到的产物有和 D．在历程Ⅰ~Ⅴ中，生成Ⅱ的反应决定了脱氢反应的速率 9.（2025·山西·二模）苯与浓硝酸和浓硫酸混合物的反应机理和能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．该反应的决速步为反应② B．苯的硝化反应为放热反应 C．的空间结构为直线形 D．用甲苯代替苯，则生成2种硝基甲苯 10.（24-25高三上·河北秦皇岛·期中）我国科学家利用两种不同的铋基催化剂在一定条件下实现电化学还原制取。其反应历程中相对能量的变化如图所示（每步转化只标注了含碳物质；吸附在催化剂表面的物种用*标注），下列说法不正确的是 A．该反应的 B．使用催化剂的反应历程中，更有利于的吸附 C．使用催化剂时，控速步骤的能垒为 D．升高温度有利于提高的反应速率和平衡转化率 【强化练】 11.（2025·天津·一模）科学家提出一种大气中在和作用下转变为的机理(图1)，其能量变化如图2所示。 已知：的结构式为，下列说法正确的是 A．由图2可知，该过程的决速步是① B．①中只涉及键的断裂，无键的形成 C．②③均发生了氧化还原反应 D．总反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1 12.（2025·北京通州·三模）乙炔（）能在汞盐溶液催化下与水反应生成，反应历程及相对能垒如下图所示。 下列说法正确的是 A．本反应历程涉及的物质中，最稳定 B．过程①中，的空轨道接受水分子中氧原子的孤对电子 C．该反应历程中，存在非极性键的断裂和形成 D．增大压强和乙炔的浓度均能加快反应速率，并且增大乙炔的平衡转化率 13.（24-25高三上·天津西青·期末）苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法错误的是 A．反应过程中碳原子的杂化方式发生了改变 B．经两步反应生成产物I的反应热 C．加入选择性高的催化剂，短时间内可以提高单位时间内产物I的产率 D．对比进程图，苯更易生成硝基苯的主要原因是该反应速率更快、产物更稳定 14．（2025·甘肃庆阳·一模）CO2加氢制CH4的一种催化机理如图。 下列有关说法正确的是 A．反应过程中的催化剂有La2O3、La2O2CO3和Ni B．CO2先与La2O3结合生成La2O2CO3，后又从La2O2CO3中释放，该过程也是一个可逆反应 C．在Ni催化作用下，H2断键产生H*的过程为吸热过程 D．该机理中，CO2加氢制CH4的过程需要La2O3与Ni分步进行 15．（2025·山东·一模）氢能是一种重要的清洁能源，由HCOOH可以制得。在催化剂作用下，HCOOH释氢的反应机理和相对能量的变化情况分别如图1和图2所示。研究发现，其他条件不变时，以HCOOK水溶液代替HCOOH释氢的效果更佳。下列叙述错误的是 A．其他条件不变时，以HCOOK水溶液代替HCOOH可以提高释放氢气的纯度 B．HCOOH催化释放氢的过程中有极性键的断裂和非极性键的形成 C．图1中步骤②为HCOOH催化释放氢过程中的决速步骤 D．HCOOH催化释放氢的热化学方程式为   16.（24-25高三下·安徽马鞍山·期末）甲酸常用于橡胶、医药等工业。在一定条件下可分解生成和，在无、有催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示，下列说法不正确的是 A．HCOOH的总能量大于CO和的总能量 B． C．途径II中参与反应，通过改变反应途径加快反应速率 D．途径I未使用催化剂，但途径II与途径I甲酸平衡转化率相同 17.（2025·湖北武汉·一模）一定温度下，在存在下与等物质的量的反应，主要产物为和。、和的物质的量分数随时间的变化如图1所示，反应过程中能量变化示意图如图2所示。 下列说法错误的是 A．由图1可知，的活化能大于的活化能 B．时，由于，所以Y线升高 C．的过程中，存在键的断裂与形成、键的旋转 D．此温度下，为动力学产物，为热力学产物 18.（2025·山东济南·二模）我国科学家研究化合物M(s)催化氢化机理。由化合物M(s)生成化合物N(s)过程的机理和相对能量曲线如图所示(已知)。TS1、TS2均为过渡态。下列说法错误的是 A．过渡态TS1比TS2更稳定 B．过程P→TS2为化合物M生成化合物N的决速步骤 C．化合物M催化氢化反应过程中一定有Fe-O键的断裂 D．该过程的热化学方程式为：   19.（2025·黑龙江大庆·一模）某科研团队以可再生纳米碳—羰基材料为催化剂，催化烷烃基氧化脱氢反应，其基元反应和能量变化如图所示。 下列说法错误的是 A．反应历程中仅有极性键的断裂和生成 B．过渡态Ⅳ的氧化性大于过渡态Ⅱ C．基元反应②为决速步骤 D．乙苯氧化脱氢可获得苯乙烯和一种绿色消毒剂 20.（2025·河南安阳·一模）双金属配合物催化醋酸甲酯羰基化反应制备醋酸的反应机理和部分基元反应中物质的相对能量如图所示，其中表示催化剂，和分别表示各基元反应中的过渡态和产物。下列说法正确的是 A．双金属配合物改变了反应的历程和总反应的 B．该过程的总反应是 C．制备醋酸反应的速率一定由决定 D．反应中双金属配合物中参与变化过程的是 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 化学反应历程（机理）图分析 1.知道化学反应是有历程的，了解基元反应、过渡态理论； 2.知道催化剂可以改变反应历程，了解简单的催化机理及其对调控化学反应速率的重要意义。 一、物质能量变化 1．基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应；先后进行的基元反应反映了反应历程，反应历程又称反应机理。如H2和O2的反应需经历多步基元反应才能完成，主要的4步基元反应如下： （1）H2―→2H·(速率最小，称为决速步)； （2）H·＋O2―→·OH＋O·； （3）O·＋H2―→·OH＋H·； （4）·OH＋H2―→H2O＋H·。 2．过渡态理论 过渡态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。 AB＋C―→[A…B…C]―→A＋CB 反应物 　过渡态 生成物 过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越小]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH，反应历程示意图如下： 3．活化能与反应机理 使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，增大反应速率，如下图所示： E1为总反应的活化能；E2、E3为使用催化剂后，反应机理中各步的活化能。 4．解答能量变化图像“四关键” （1）明确图像横纵坐标的含义：一般是横轴表示反应过程，纵轴表示能量变化。 （2）细致观察各个步骤的变化：起始态、过渡态、最终态等。 （3）厘清图像变化与概念间的关系：吸热反应和放热反应、活化能、ΔH、稳定性等的正确判断。 （4）结合题意进行决速步骤的判断，ΔH的计算等。 二、物质催化循环 1．“环式”物质催化循环图示 2．循环反应机理图的分析思路 （1）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，以催化剂粒子为主题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、中间物种(或中间体) 反应物 通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物 生成物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是生成物 中间体 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　]”标出 （2）逐项分析得答案 根据第一步由题给情境信息，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。 三、反应机理(“环式”反应)图像及分析 1.模型：“环式”反应 （1）位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧；“入环”的物质为反应物，如①和④； （2）“出环”的物质为生成物，如②和③。 2.催化剂与中间产物 （1）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。 （2）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又消耗多少。 【思维模型】“环式”反应机理图像分析模型(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，以催化剂粒子为主题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、中间物种(或中间体) 反应物 生成物 中间体 通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质多是产物 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　]”标出 四、能垒与决速步骤及分析 1.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，也称为慢反应。 如图所示，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。 2.模型 （1）能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。 （2）用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 （3）相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高，产物的稳定性强。 题型01 化学反应机理与反应历程图像 【典例01】（2025·安徽·一模）标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。下列说法不正确的是(　　) A．E6－E3＝E5－E2 B．可计算Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·mol－1 C．相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ>历程Ⅰ D．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应的热化学方程式为ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5—E4) kJ·mol－1 【答案】C 【解析】根据历程Ⅰ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E6－E3) kJ·mol－1，根据历程Ⅱ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E5—E2) kJ·mol－1，故E6－E3＝E5－E2，A项正确；根据历程Ⅰ和历程Ⅱ可知，Cl(g)的相对能量为(E2－E3) kJ·mol－1，由于Cl2(g)的相对能量为0，故Cl2(g)===Cl(g)＋Cl(g)的ΔH＝2(E2－E3) kJ·mol－1，即Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·mol－1，B项正确；历程Ⅱ使用了催化剂Cl，催化剂不能使化学平衡发生移动，故O3的平衡转化率：历程Ⅱ＝历程Ⅰ，C项错误；历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应为活化能最小的反应，即ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5－E4) kJ·mol－1，D项正确。 题型02 反应机理与“环式”反应图像 【典例02】（2025·四川卷）钒催化剂对氧化苯制备苯酚的反应具有良好的催化活性，反应机理如图所示，其中步骤③为放热反应。 下列说法错误的是 A．步骤①反应为 B．步骤③正、逆反应的活化能关系为 C．在催化循环中起氧化作用 D．步骤③生成的物质Z是 【答案】D 【分析】结合反应机理图可知和反应生成、、，步骤①反应为，和苯生成，和、反应生成、和水，据此解答。 【解析】结合反应机理图可知和反应生成、、，步骤①反应为，故A正确；步骤③为放热反应，，即正反应的活化能小于逆反应的活化能，故B正确；在催化循环中V的化合价由+5降低到+3，所以起氧化作用，故C正确；根据分析，步骤③生成的物质Z是，故D错误；故选D。 题型03 反应机理与过渡态图像 【典例03】 (2024·甘肃卷)甲烷在某含Mo催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　) A．E2＝1.41 eV B．步骤2逆向反应的ΔH＝＋0.29 eV C．步骤1的反应比步骤2快 D．该过程实现了甲烷的氧化 【答案】C 【解析】由能量变化图可知，E2＝0.70 eV－(－0.71 eV)＝1.41 eV，A项正确；由能量变化图可知，步骤2逆向反应的ΔH＝－0.71 eV－(－1.00 eV)＝＋0.29 eV，B项正确；由能量变化图可知，步骤1的活化能E1＝0.70 eV，步骤2的活化能E3＝－0.49 eV－(－0.71 eV)＝0.22 eV，步骤1的活化能大于步骤2的活化能，步骤1的反应比步骤2慢，C项错误；该过程甲烷转化为甲醇，属于加氧氧化，该过程实现了甲烷的氧化，D项正确。 题型04 能垒图像与反应速率、化学平衡综合考查 【典例04】（2025·江西·一模）铜催化乙炔选择性氢化制1，3－丁二烯的反应机理如图所示(吸附在铜催化剂表面上的物种用*标注)。 下列说法正确的是(　　) A.反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率 B.若原料用丙炔，则会有2种分子式为C6H10的有机物生成 C.增大Cu的表面积，可加快反应速率，提高C2H2的平衡转化率 D.C2H转化成C4H6(g)过程中，有非极性键的断裂和形成 【答案】D 【解析】根据图示，反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ的活化能，所以反应Ⅰ的速率小于反应Ⅱ的速率，故A错误；若原料用丙炔，则会有CH3CH===CH—CH===CHCH3、CH2===C(CH3)—C(CH3)===CH2、CH3CH===CH—C (CH3)===CH2共3种分子式为C6H10的有机物生成，故B错误；增大Cu的表面积，可加快反应速率，催化剂不能使平衡不移动，不能提高C2H2的平衡转化率，故C错误；根据图示，C2H转化成C4H6(g)过程中，先碳碳双键中有1条键断裂，后又有碳碳双键和碳碳单键的形成，所以有非极性键的断裂和形成，故D正确。 【巩固练】 1.（2025·广东·二模）对于反应X(g)2Z(g)[Y(g)为中间产物]：①反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示；②提高反应温度，、均增大。基于以上事实，可能的反应进程示意图为 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】图中信息显示，随着反应的进行，反应物X的浓度不断减小，中间产物Y的浓度先增大后减小，生成物Z的浓度不断增大，则发生两步反应：第一步为X→Y，第二步为Y→Z，第一步反应中，X、Y的浓度变化相对较快，而第二步反应中，Y、Z的浓度变化相对较慢，则第一步反应的活化能小，第二步反应为决速步。提高反应温度，增大，表明平衡正向移动，则第一步反应的正反应为吸热反应；提高反应温度，增大，表明平衡逆向移动，则第二步反应的正反应为放热反应。 【解析】图中两步反应都为吸热反应，而由题干分析，第二步反应为放热反应，A不符合题意；图中第一步为吸热反应，第二步反应为放热反应，且第一步反应的活化能小，第二步为决速步，B符合题意；图中第一步为吸热反应，第二步为放热反应，但第一步的活化能大于第二步，第一步为决速步，C不符合题意；图中两步反应都是放热反应，而由题干分析，第一步反应为吸热反应，D不符合题意；故选B。 2.（2025·甘肃金昌·三模）乙酸制氢过程发生的反应为Ⅰ．CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)；Ⅱ．CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)，能量变化如图所示。某温度下，在管式反应器中发生上述反应，物料在一端连续加入，在管中反应后从另一端流出，下列相关说法错误的是 A．反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ是放热反应 B．反应Ⅱ的活化能小，反应速率大 C．使用催化剂不能提高H2的产率 D．适当升高温度可提高H2的产率 【答案】C 【解析】由图可知，反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ是放热反应，A项正确；反应Ⅱ的活化能小，因此其反应速率大，B项正确；由题意可知，物质是在反应器中流动的，因此在所给条件下不一定能达到平衡，如果未达到平衡，则选择有利于反应Ⅰ的催化剂可增大反应Ⅰ的速率，提高H2的产率，C项错误；反应Ⅰ的活化能大，反应速率受温度的影响更大，温度升高，反应Ⅰ的速率增大得更快，H2的产率越高，D项正确。 故选C。 3.（24-25高三上·贵州黔东南·期末）一定条件下，丙烯与反应生成和的反应历程如图所示。下列说法错误的是 A．比更稳定 B．合成的反应中，第I步为反应的决速步骤 C．反应中既有极性键的断裂和形成，又有非极性键的断裂和形成 D．其他条件不变，适当升高温度可以提高加成产物中的比例 【答案】C 【解析】由图可知的能量低于，物质能量越低越稳定，A正确；合成的反应历程中，第I步反应活化能大于第Ⅱ步，活化能大反应速率小，慢反应为整个反应的决速步骤，B正确；丙烯与反应生成和的过程中，存在碳碳双键(非极性键)的断裂，HCl极性键的断裂；形成产物时形成C-H和C-Cl键，均为极性键，不存在非极性键的形成，C错误；其他条件不变，适当升高温度，活化能大的反应的速率常数变化的大，速率增加的更快，所以其他条件不变，适当升高温度可以提高加成产物中的比例，D正确；故选C。 4.（2025·黑龙江哈尔滨·二模）我国科学家实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。有关物质转化过程示意如下： 下列说法不正确的是 A．C6→淀粉的过程中只涉及O-H键的断裂和形成 B．反应②中CO2→CH3OH，碳原子的杂化方式发生了变化 C．核磁共振、X射线衍射等技术可检测合成淀粉与天然淀粉的结构组成是否一致 D．反应①中分解H2O制备H2需从外界吸收能量 【答案】A 【解析】由历程图可知，C6→淀粉的过程中涉及O-H键、C-O键和P-O键的断裂，O-H键、C-O键的形成，故A错误；CO2中C采用sp杂化，CH3OH中C采用sp3杂化，碳原子的杂化方式发生了变化，故B正确；核磁共振可以检测有机物中不同环境的H原子种类，通过X射线衍射实验获得衍射图后，可以经过计算获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息，则可用核磁共振、X射线衍射等技术可检测合成淀粉与天然淀粉的组成结构是否一致，故C正确；已知H2在氧气中燃烧是一个放热反应，则可知反应①中分解H2O制备H2需从外界吸收能量，故D正确；故选A。 5.（2025·云南大理·二模）Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如下图所示： 下列关于该活化历程的说法正确的是 A．该反应的决速步是：中间体2→中间体3 B．只涉及极性键的断裂和生成 C．Ni是该反应的催化剂 D．该反应的热化学方程式为：   【答案】A 【解析】由反应历程图可知，中间体 2→中间体 3 的活化能最大，速率最慢，所以该反应的决速步是中间体 2→中间体 3，A 正确；反应中涉及C - C非极性键的断裂，并非只涉及极性键的断裂和生成，B错误；由图可知，反应方程式为：Ni+C2H6=NiCH2+CH4，即Ni是反应物，而不是该反应的催化剂，C错误；热化学方程式中应标注物质的状态，正确的热化学方程式为Ni(s) + C2H6(g)=NiCH2(s) + CH4(g) H = - 6.57kJ/mol，原选项未标注物质状态，D错误；故选A。 6.（2025·吉林·二模）我国科研工作者以CO2和H2O为原料制得淀粉，实现“喝西北风”吃饱。其核心反应里有一步是在催化剂作用下CO2加氢制得甲醇，该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注，如*CO2表示CO2吸附在催化剂表面，图中*H已省略)。 下列说法错误的是 A．CO2加氢制甲醇过程中原子利用率小于100% B．合成甲醇过程的决速步化学反应方程式为*OCH3+*H→*CH3OH C．该过程中得到相对较多的副产物为CO D．CO2加氢制甲醇过程中伴随副反应，选择合适催化剂可提高甲醇反应的选择性 【答案】B 【解析】根据图示可知，CO2加氢制甲醇过程中有副产物CO和CH2O生成，原子利用率小于100%，A正确；合成甲醇过程的决速步是活化能最大的步骤，但从整个历程来看，决速步化学反应方程式为*CO+*OH+*H=*CO+*H2O，B错误；生成副产物CO的活化能小于生成CH2O的活化能，得到相对较多的副产物为CO，C正确正确；选择合适催化剂可提高甲醇反应的选择性，D正确；故选B。 7.（2025·湖北·三模）东南大学化学化工学院张袁健教授探究Fe—N—C和Co—N—C分别催化H2O2分解的反应机理，部分反应历程如图所示(MS表示吸附在催化剂表面物种；TS表示过渡态)： 下列说法错误的是 A．催化效果：催化剂Co—N—C高于催化剂Fe—N—C B．Fe—N—C催化：MS1(s)=MS2(s)　ΔH=-0.22 eV C．催化剂Fe—N—C比催化剂Co—N—C的产物更容易脱附 D．Co—N—C和Fe—N—C催化H2O2分解均为吸热反应 【答案】B 【分析】反应起始于，此时的相对能量设为基准0；在催化剂（或）表面发生吸附，形成吸附在催化剂表面的物种；从图中可知，这一过程能量降低，形成时，相对能量在-2到-1之间（具体数值因催化剂不同有差异），说明该吸附过程是放热过程，降低了体系能量；进一步反应，需要克服一定能量障碍达到过渡态；这一过程中能量升高，对于和催化剂，升高的能量数值不同（对应不同的活化能）；对应的活化能低于，意味着催化时此步反应更容易进行；从过渡态转化为，能量降低，说明这也是一个放热过程；继续反应转化为（产物、吸附在催化剂表面），此过程能量变化情况在图中体现为又一次能量变化，且最终的能量情况与催化剂相关 ，如催化时能量相对较高，更易脱附；总体而言，整个反应历程中，在催化剂表面通过吸附、克服活化能、逐步转化等过程，最终生成产物和，不同催化剂影响反应的活化能和中间态能量，进而影响反应速率和产物脱附等情况。 【解析】从图像中可以看到，使用催化剂时反应的活化能低于使用催化剂时的活化能；在化学反应里，活化能越低，反应越容易进行，催化效果也就越好；所以催化剂的催化效果高于催化剂，A正确；催化，图中给出了到放出能量为1.86eV-1.64eV=0.22 eV ，则，B错误；由图像可知，催化时(、)的能量比催化时的能量更高；在化学中，物质的能量越高越不稳定，不稳定的物质其产物就更容易脱附；所以催化剂比催化剂的产物更容易脱附，C正确；因为催化剂只能改变反应的活化能，不能改变反应的热效应，Co—N—C和Fe—N—C催化H2O2分解均为吸热反应，D正确；故选B。 8.（24-25高三上·贵州贵阳·期末）在催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量的关系如图所示： 下列说法正确的是 A．在催化剂表面脱氢反应的 B．在历程Ⅰ~Ⅴ中，涉及极性键和非极性键的断裂 C．若用代替，得到的产物有和 D．在历程Ⅰ~Ⅴ中，生成Ⅱ的反应决定了脱氢反应的速率 【答案】C 【解析】生成物能量低，反应物能量高，所以该反应为放热反应，，故A错误；由流程可知，由O-H键的断裂和H-H键的形成，即存在极性键的断裂和非极性键的形成，无非极性键的断裂，B错误；由图可知，羧基中的氢元素解离出来，混合体系中有H和D，所以，若用代替，得到的产物有和，故C正确； IV到V活化能最大，为决速步骤，故D错误；故选C。 9.（2025·山西·二模）苯与浓硝酸和浓硫酸混合物的反应机理和能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．该反应的决速步为反应② B．苯的硝化反应为放热反应 C．的空间结构为直线形 D．用甲苯代替苯，则生成2种硝基甲苯 【答案】D 【解析】由题干反应历程图可知，反应②的活化能最大，反应最慢，则为决速步，A正确；由图知反应物的总能量高于最终产物的总能量，为放热反应，B正确；与为等电子体，空间结构为直线形，C正确；甲苯硝化产物可能为、、、、等，D错误；故选D。 10.（24-25高三上·河北秦皇岛·期中）我国科学家利用两种不同的铋基催化剂在一定条件下实现电化学还原制取。其反应历程中相对能量的变化如图所示（每步转化只标注了含碳物质；吸附在催化剂表面的物种用*标注），下列说法不正确的是 A．该反应的 B．使用催化剂的反应历程中，更有利于的吸附 C．使用催化剂时，控速步骤的能垒为 D．升高温度有利于提高的反应速率和平衡转化率 【答案】D 【解析】由图可知，生成物的能量低于反应物的能量，属于放热反应，则该反应的，A正确；由图可知，的吸附过程为：，使用催化剂时，相对能量减小得更多，趋于更稳定状态，则使用催化剂的反应历程中，更有利于的吸附，B正确；使用催化剂时，控速步骤最大能垒为，C正确；该反应的，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高平衡转化率，且升高温度也可能造成催化剂活性降低或失活，导致的反应速率降低，D错误；故选D。 【强化练】 11.（2025·天津·一模）科学家提出一种大气中在和作用下转变为的机理(图1)，其能量变化如图2所示。 已知：的结构式为，下列说法正确的是 A．由图2可知，该过程的决速步是① B．①中只涉及键的断裂，无键的形成 C．②③均发生了氧化还原反应 D．总反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1 【答案】A 【解析】由图2可知，步骤①正反应的活化能最大，反应速率最慢，则该过程的决速步是①，A正确；①中与硫原子相连的O-H键断裂，生成涉及键的生成，B错误；②中反应无元素化合价发生变化，没有发生氧化还原反应，C错误；在和作用下转变为，硫元素化合价升高了2，是还原剂，被还原为，氮元素化合价降低了1，是氧化剂，由得失电子守恒可得关系式2~，总反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1：2，D错误；故选A。 12.（2025·北京通州·三模）乙炔（）能在汞盐溶液催化下与水反应生成，反应历程及相对能垒如下图所示。 下列说法正确的是 A．本反应历程涉及的物质中，最稳定 B．过程①中，的空轨道接受水分子中氧原子的孤对电子 C．该反应历程中，存在非极性键的断裂和形成 D．增大压强和乙炔的浓度均能加快反应速率，并且增大乙炔的平衡转化率 【答案】B 【分析】五个过程中，①②⑤为放出能量反应的能垒，③④为吸收能量反应的能垒，其中过程④能垒比过程③大，反应速率较慢。 【解析】能量越低越稳定，整个历程中涉及的物质，的能量最低，最稳定，A错误；水分子中的氧原子存在孤对电子，中存在空轨道，所以水分子中的氧原子向的空轨道提供孤对电子形成配合物，B正确；由图可知，在汞盐溶液催化下乙炔与水发生加成反应生成乙醛时存在非极性键的断裂， 但不存在非极性键的形成，C错误；由图可知，在汞盐溶液催化下乙炔与水发生加成反应生成乙醛时，增大乙炔的压强和浓度可以使平衡向正反应方向移动，但增大乙炔的浓度，乙炔的转化率减小，D错误；故选B。 13.（24-25高三上·天津西青·期末）苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法错误的是 A．反应过程中碳原子的杂化方式发生了改变 B．经两步反应生成产物I的反应热 C．加入选择性高的催化剂，短时间内可以提高单位时间内产物I的产率 D．对比进程图，苯更易生成硝基苯的主要原因是该反应速率更快、产物更稳定 【答案】B 【解析】M的六元环中与-NO2相连的C为sp3杂化，而作为原料的苯，苯环上的碳原子为sp2杂化，因此反应过程中碳原子的杂化方式发生了改变，故A正确；E1是第一步反应的正反应的活化能，E2是第二步反应的逆反应的活化能，E1-E2只是两种活化能的差值，不是生成产物Ⅰ的反应热，故B错误；加入选择性高的催化剂，可以加快反应的速率，提高单位时间内产物Ⅰ的产率，故C正确；生成产物Ⅱ的反应的活化能更低，因此反应速率更快，且产物Ⅱ的能量更低即产物Ⅱ更稳定，以上2个角度均有利于产物Ⅱ，故D正确；故选B。 14．（2025·甘肃庆阳·一模）CO2加氢制CH4的一种催化机理如图。 下列有关说法正确的是 A．反应过程中的催化剂有La2O3、La2O2CO3和Ni B．CO2先与La2O3结合生成La2O2CO3，后又从La2O2CO3中释放，该过程也是一个可逆反应 C．在Ni催化作用下，H2断键产生H*的过程为吸热过程 D．该机理中，CO2加氢制CH4的过程需要La2O3与Ni分步进行 【答案】C 【解析】根据示意图可判断反应过程中的催化剂为La2O3与Ni，而La2O2CO3为中间产物，A项错误；CO2与La2O3结合生成La2O2CO3，再以的形式从La2O2CO3中释放，CO2与不属于同一种物质，因此该过程不是可逆反应，B项错误；断键为吸热过程，C项正确；根据示意图可判断该过程中，La2O3催化CO2，Ni催化H2，两者互不干扰，不需要分步进行，D项错误；故选C。 15．（2025·山东·一模）氢能是一种重要的清洁能源，由HCOOH可以制得。在催化剂作用下，HCOOH释氢的反应机理和相对能量的变化情况分别如图1和图2所示。研究发现，其他条件不变时，以HCOOK水溶液代替HCOOH释氢的效果更佳。下列叙述错误的是 A．其他条件不变时，以HCOOK水溶液代替HCOOH可以提高释放氢气的纯度 B．HCOOH催化释放氢的过程中有极性键的断裂和非极性键的形成 C．图1中步骤②为HCOOH催化释放氢过程中的决速步骤 D．HCOOH催化释放氢的热化学方程式为   【答案】D 【解析】其他条件不变时，若用HCOOK溶液代替HCOOH，反应生成KOH能吸收CO2，所以最终所得气体中CO2的量会减少，提高释放氢气的纯度，故A正确；在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2，转化过程中，涉及N-H键的断裂和形成、O-H键的断裂以及H-H键的形成，故B正确；活化能大的反应反应速率最慢，是反应的决速步骤，故该过程的决速步骤为②，故C正确；图2表示1个分子HCOOH(g)生成CO2(g)和H2(g)时放出能量0.45eV，而热化学方程式中为1mol反应的热量变化，故D错误；故选D。 16.（24-25高三下·安徽马鞍山·期末）甲酸常用于橡胶、医药等工业。在一定条件下可分解生成和，在无、有催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示，下列说法不正确的是 A．HCOOH的总能量大于CO和的总能量 B． C．途径II中参与反应，通过改变反应途径加快反应速率 D．途径I未使用催化剂，但途径II与途径I甲酸平衡转化率相同 【答案】A 【解析】没有说明各成分的物质的量，不能比较HCOOH的总能量和CO和H2O的总能量的相对大小，A符合题意；二者分别为在无、有催化剂条件下的甲酸分解我一氧化碳和水时的能量与反应历程，催化剂不能改变反应的焓变，E3−E1=E10−E4，则E1−E3=E4−E10，B不符合题意；由图可知，途径Ⅱ中氢离子先做反应物，后做生成物，是改变反应途径的催化剂，降低了活化能，则能加快反应速率，C不符合题意；催化剂能改变反应途径，但不能改变平衡的移动方向，则途径Ⅱ与途径Ⅰ甲酸平衡转化率相同，D不符合题意；故选A。 17.（2025·湖北武汉·一模）一定温度下，在存在下与等物质的量的反应，主要产物为和。、和的物质的量分数随时间的变化如图1所示，反应过程中能量变化示意图如图2所示。 下列说法错误的是 A．由图1可知，的活化能大于的活化能 B．时，由于，所以Y线升高 C．的过程中，存在键的断裂与形成、键的旋转 D．此温度下，为动力学产物，为热力学产物 【答案】B 【解析】开始反应时，Y的含量迅速上升，说明生成Y的速率快，活化能越低，反应速率越快，则的活化能大于的活化能，A正确；时，Z的浓度很低，说明主要发生的反应，而的速率很慢，即的活化能大，则可以用来解释，B错误；键的键能大于键，在的过程中，先通过键的断裂，而键保持稳定，再通过单键旋转将从下端调整到上断，最后再重新形成键，C正确；在多步基元反应中，动力学产物生成速率快但稳定性低，在低温或未达平衡时优先形成，多数出现在中间过渡产物中；热力学产物稳定性高但生成速率慢，常在高温或平衡后成为主要产物，多数出现在最终产物中，结合图2可知，此温度下，为中间过渡产物，则为动力学产物，为最终产物，则热力学产物，D正确；故选B。 18.（2025·山东济南·二模）我国科学家研究化合物M(s)催化氢化机理。由化合物M(s)生成化合物N(s)过程的机理和相对能量曲线如图所示(已知)。TS1、TS2均为过渡态。下列说法错误的是 A．过渡态TS1比TS2更稳定 B．过程P→TS2为化合物M生成化合物N的决速步骤 C．化合物M催化氢化反应过程中一定有Fe-O键的断裂 D．该过程的热化学方程式为：   【答案】D 【解析】由图可知，过渡态TS2比TS1能量高，则过渡态TS1更稳定，A正确；由图可知，过程P→TS2为两步反应中活化能较大的反应，为慢反应，即为化合物M生成化合物N的决速步骤，B正确；M为催化剂，整个反应前后M的结构不会发生改变，对比M和N的结构特点可知，当N中Fe-O键断裂，重新连接H原子才能生成M，所以化合物M催化CO2氢化反应过程中一定有Fe-O键的断裂，C正确；图示为一个CO2分子反应的过程，据图可知该过程能量变化ΔE=-11.63eV，所以当1molCO2参与反应时能量变化为-11.63×1.6×10−19J×6.02×1023=1.12×106J=1120kJ，所以该反应的焓变ΔH= -1120kJ/mol，D错误；故选D。 19.（2025·黑龙江大庆·一模）某科研团队以可再生纳米碳—羰基材料为催化剂，催化烷烃基氧化脱氢反应，其基元反应和能量变化如图所示。 下列说法错误的是 A．反应历程中仅有极性键的断裂和生成 B．过渡态Ⅳ的氧化性大于过渡态Ⅱ C．基元反应②为决速步骤 D．乙苯氧化脱氢可获得苯乙烯和一种绿色消毒剂 【答案】A 【解析】反应过程分析可知，过程中氧气参与反应生成了过氧化氢，存在非极性键的断裂和形成，故A错误；基元反应可知，过渡态Ⅳ的物质中含过氧键，过渡态Ⅳ的氧化性大于过渡态Ⅱ，故B正确；反应的能垒最大，反应速率最慢，基元反应②为决速步骤，故C正确；乙苯氧化脱氢可获得苯乙烯和一种绿色消毒剂H2O2，故D正确；故选A。 20.（2025·河南安阳·一模）双金属配合物催化醋酸甲酯羰基化反应制备醋酸的反应机理和部分基元反应中物质的相对能量如图所示，其中表示催化剂，和分别表示各基元反应中的过渡态和产物。下列说法正确的是 A．双金属配合物改变了反应的历程和总反应的 B．该过程的总反应是 C．制备醋酸反应的速率一定由决定 D．反应中双金属配合物中参与变化过程的是 【答案】D 【解析】双金属配合物可以催化醋酸甲酯羰基化反应制备醋酸，催化剂可以改变反应的历程，但不能改变总反应的，A错误；由部分基元反应中物质的相对能量图可知，，无法计算的，B错误；左图只表示部分基元反应中物质的相对能量，无法确定是整个反应中活化能最高的步骤，不一定是决速步，C错误；由右图可知，CH3I和双金属配合物中结合生成TN1，之后的反应都是参与变化过程，D正确；故选D。 / 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