1-3 化学反应历程-能量（kJmol）图 【上好课】2026年高考化学培优微突破系列

1-3 化学反应历程-能量（kJ/mol）图 · 图表呈现：能量图通常显示反应物、中间体、过渡态和产物的能量变化，标有活化能、焓变等关键参数。 · 内容综合：涉及多步反应机理、速率决定步骤、产物稳定性、催化剂作用、平衡常数、同位素效应等。 · 情境真实：多基于高考真题或模拟题，结合工业合成、有机反应等实际情境，如苯的硝化、乙酸甲酯水解、二氧化碳加氢制甲醇等。 · 选项干扰性强：选项常涉及热力学和动力学的混淆概念，需要精细读图和逻辑推理。 · 考查知识： · 热力学：焓变（ΔH）、反应自发性、产物稳定性。 · 动力学：活化能、反应速率、速率决定步骤、催化剂影响。 · 反应机理：中间体、过渡态、步骤顺序、键能变化。 · 化学平衡：平衡常数、温度对平衡的影响。 · 同位素效应：重同位素对反应速率和产物分布的影响。 · 考查能力： · 读图能力：从能量图中提取关键信息（如能量高低、活化能大小）。 · 分析推理能力：结合图表和化学原理判断选项正误。 · 应用能力：将理论知识应用于具体反应情境。 · 考查方式：通过能量图设置问题，要求学生从宏观能量变化推断微观机理，强调“证据-推理-结论”的思维过程。 第一步 审题与读图 · 仔细阅读题目描述，明确反应物、产物和反应条件。 · 观察能量图，识别反应物、中间体、过渡态（峰值）、产物的能量位置，标注活化能（峰值高度）和焓变（能量差）。 第二步 提取关键信息 · 确定反应步骤（单步或多步），比较各步骤的活化能。 · 识别速率决定步骤（活化能最高步骤）。 · 判断反应热（放热或吸热）从能量差分析。 第三步 分析选项 对每个选项，结合图表和化学原理逐一验证： · 活化能：低活化能步骤速率快。 · 稳定性：能量越低越稳定。 · 催化剂：降低活化能，不改变ΔH。 · 平衡：温度影响平衡移动（勒夏特列原理）。 · 机理：键变化、中间体角色。 第四步 逻辑验证 · 使用排除法，确保选项与图表数据一致。 · 注意“不正确的是”等否定词，避免惯性思维。 思维模型：将能量图视为“反应路径地图”，从能量视角分析动力学（速率）和热力学（平衡），结合机理细节进行综合判断。 · 活化能（Ea）：过渡态与反应物的能量差，决定反应速率；Ea越低，速率越快。 · 焓变（ΔH）：产物与反应物的能量差；ΔH < 0为放热，ΔH > 0为吸热。 · 速率决定步骤：多步反应中活化能最高的步骤，控制总反应速率。 · 催化剂：降低Ea，加快速率，但不改变ΔH和平衡位置。 · 中间体与过渡态：中间体位于能量谷底，过渡态位于峰值。 · 平衡常数（K）：K = [产物]^系数/[反应物]^系数，受温度影响（放热反应升温K减小）。 · 同位素效应：重同位素（如D代替H）使键能增强，反应速率变慢。 · 能量图解读：能识别反应物、产物、中间体、过渡态，并计算Ea和ΔH。 · 混淆活化能与焓变：误将Ea当作ΔH判断放热/吸热。 · 催化剂误解：认为催化剂改变平衡常数或ΔH（实际只改变速率）。 · 速率决定步骤误判：忽略多步反应中活化能最高的步骤。 · 温度对平衡的影响：误认为升温总是提高产率（放热反应升温降低产率）。 · 能量图读图错误：将中间体能量当作活化能，或误判键变化。 · 同位素效应应用错误：误判重同位素对产物分布的影响。 · 机理细节疏忽：如苯硝化中大π键变化、酯水解中键断裂方式。 【典例】 【审题】 1．（2024·北京·高考真题）苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是 A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ B．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物 C．由苯得到M时，苯中的大键没有变化 D．对于生成Y的反应，浓作催化剂 · 读题识反应：题目描述苯与浓H₂SO₄和浓HNO₃反应，典型苯硝化反应，生成硝基苯。但能量图显示有中间体M和两种产物（Ⅰ和Ⅱ），提示可能涉及竞争路径。 · 读图提取信息： 能量图显示反应物（苯）能量高，经中间体M后分叉为产物Ⅰ和Ⅱ，产物Ⅱ能量更低。 从中间体到产物Ⅱ的活化能低于到产物Ⅰ，且产物Ⅱ能量更低。 · 分析选项： A选项：从中间体到产物，产物Ⅱ活化能低（速率快）、能量低（稳定），正确。 B选项：X为加成产物、Y为取代产物。根据硝化机理，苯通常发生亲电取代，但图中X可能为加成中间体（如σ络合物），Y为取代产物，符合解析，正确。 C选项：由苯得到M时，苯中大π键没有变化。但M为硝化中间体（如芳基正离子），碳杂化由sp²变为sp³，大π键被破坏，故C错误。 D选项：生成Y的反应中，浓H₂SO₄作催化剂。硝化反应中H₂SO₄确实催化生成NO₂⁺，正确。 · 结论：不正确的是C，审题关键在于理解硝化机理中大π键的断裂。 1．（2021·山东·高考真题）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： 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CH318OH D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变 2．（24-25高三上·江苏·阶段练习）二氧化碳加氢可用于合成甲醇：，其反应过程中能量变化如图所示，下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数 B．反应达平衡后，升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．提高的比例，可增大的平衡转化率 D．总反应的决速步为 3．（24-25高三上·黑龙江哈尔滨·期中）工业上曾以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应均可逆且分两步进行：①和生成；②分解生成尿素。反应过程能量变化关系如图所示。将一定量的和投入密闭容器中反应。下列说法正确的是 A．正反应活化能：反应①<反应② B．合成尿素反应的 C．随着反应的进行，含量会持续增大 D．升高温度，反应②速率和限度均增加，尿素的平衡产率一定增大 4．（23-24高三下·江苏·开学考试）电喷雾电离等方法得到的(、、等)与反应可得。与反应能高选择性的生成甲醇。分别与、反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以示例)。已知：直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢。下列说法错误的是 A．步骤I和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是I B．与反应的能量变化应为图中曲线c C．若与反应，氘代甲醇的产量 D．若与反应，生成的氘代甲醇有2种 6 / 6 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $ 1-3 化学反应历程-能量（kJ/mol）图 · 图表呈现：能量图通常显示反应物、中间体、过渡态和产物的能量变化，标有活化能、焓变等关键参数。 · 内容综合：涉及多步反应机理、速率决定步骤、产物稳定性、催化剂作用、平衡常数、同位素效应等。 · 情境真实：多基于高考真题或模拟题，结合工业合成、有机反应等实际情境，如苯的硝化、乙酸甲酯水解、二氧化碳加氢制甲醇等。 · 选项干扰性强：选项常涉及热力学和动力学的混淆概念，需要精细读图和逻辑推理。 · 考查知识： · 热力学：焓变（ΔH）、反应自发性、产物稳定性。 · 动力学：活化能、反应速率、速率决定步骤、催化剂影响。 · 反应机理：中间体、过渡态、步骤顺序、键能变化。 · 化学平衡：平衡常数、温度对平衡的影响。 · 同位素效应：重同位素对反应速率和产物分布的影响。 · 考查能力： · 读图能力：从能量图中提取关键信息（如能量高低、活化能大小）。 · 分析推理能力：结合图表和化学原理判断选项正误。 · 应用能力：将理论知识应用于具体反应情境。 · 考查方式：通过能量图设置问题，要求学生从宏观能量变化推断微观机理，强调“证据-推理-结论”的思维过程。 第一步 审题与读图 · 仔细阅读题目描述，明确反应物、产物和反应条件。 · 观察能量图，识别反应物、中间体、过渡态（峰值）、产物的能量位置，标注活化能（峰值高度）和焓变（能量差）。 第二步 提取关键信息 · 确定反应步骤（单步或多步），比较各步骤的活化能。 · 识别速率决定步骤（活化能最高步骤）。 · 判断反应热（放热或吸热）从能量差分析。 第三步 分析选项 对每个选项，结合图表和化学原理逐一验证： · 活化能：低活化能步骤速率快。 · 稳定性：能量越低越稳定。 · 催化剂：降低活化能，不改变ΔH。 · 平衡：温度影响平衡移动（勒夏特列原理）。 · 机理：键变化、中间体角色。 第四步 逻辑验证 · 使用排除法，确保选项与图表数据一致。 · 注意“不正确的是”等否定词，避免惯性思维。 思维模型：将能量图视为“反应路径地图”，从能量视角分析动力学（速率）和热力学（平衡），结合机理细节进行综合判断。 · 活化能（Ea）：过渡态与反应物的能量差，决定反应速率；Ea越低，速率越快。 · 焓变（ΔH）：产物与反应物的能量差；ΔH < 0为放热，ΔH > 0为吸热。 · 速率决定步骤：多步反应中活化能最高的步骤，控制总反应速率。 · 催化剂：降低Ea，加快速率，但不改变ΔH和平衡位置。 · 中间体与过渡态：中间体位于能量谷底，过渡态位于峰值。 · 平衡常数（K）：K = [产物]^系数/[反应物]^系数，受温度影响（放热反应升温K减小）。 · 同位素效应：重同位素（如D代替H）使键能增强，反应速率变慢。 · 能量图解读：能识别反应物、产物、中间体、过渡态，并计算Ea和ΔH。 · 混淆活化能与焓变：误将Ea当作ΔH判断放热/吸热。 · 催化剂误解：认为催化剂改变平衡常数或ΔH（实际只改变速率）。 · 速率决定步骤误判：忽略多步反应中活化能最高的步骤。 · 温度对平衡的影响：误认为升温总是提高产率（放热反应升温降低产率）。 · 能量图读图错误：将中间体能量当作活化能，或误判键变化。 · 同位素效应应用错误：误判重同位素对产物分布的影响。 · 机理细节疏忽：如苯硝化中大π键变化、酯水解中键断裂方式。 【典例】 【审题】 1．（2024·北京·高考真题）苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是 A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ B．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物 C．由苯得到M时，苯中的大键没有变化 D．对于生成Y的反应，浓作催化剂 【答案】C 【解析】A．生成产物Ⅱ的反应的活化能更低，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A正确； B．根据前后结构对照，X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物，故B正确； C．M的六元环中与相连的C为杂化，苯中大键发生改变，故C错误； D．苯的硝化反应中浓作催化剂，故D正确；故选C。 · 读题识反应：题目描述苯与浓H₂SO₄和浓HNO₃反应，典型苯硝化反应，生成硝基苯。但能量图显示有中间体M和两种产物（Ⅰ和Ⅱ），提示可能涉及竞争路径。 · 读图提取信息： 能量图显示反应物（苯）能量高，经中间体M后分叉为产物Ⅰ和Ⅱ，产物Ⅱ能量更低。 从中间体到产物Ⅱ的活化能低于到产物Ⅰ，且产物Ⅱ能量更低。 · 分析选项： A选项：从中间体到产物，产物Ⅱ活化能低（速率快）、能量低（稳定），正确。 B选项：X为加成产物、Y为取代产物。根据硝化机理，苯通常发生亲电取代，但图中X可能为加成中间体（如σ络合物），Y为取代产物，符合解析，正确。 C选项：由苯得到M时，苯中大π键没有变化。但M为硝化中间体（如芳基正离子），碳杂化由sp²变为sp³，大π键被破坏，故C错误。 D选项：生成Y的反应中，浓H₂SO₄作催化剂。硝化反应中H₂SO₄确实催化生成NO₂⁺，正确。 · 结论：不正确的是C，审题关键在于理解硝化机理中大π键的断裂。 1．（2021·山东·高考真题）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： 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CH318OH D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变 【答案】B 【解析】A．一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，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；B．反应I为加成反应，而与为快速平衡，反应Ⅱ的成键和断键方式为或，后者能生成18OH-，因此反应结束后，溶液中存在18OH-，故B正确；C．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CH318H，故C错误；D．该总反应对应反应物的总能量高于生成物总能量，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；综上所述，正确的是B项，故答案为B。 2．（24-25高三上·江苏·阶段练习）二氧化碳加氢可用于合成甲醇：，其反应过程中能量变化如图所示，下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数 B．反应达平衡后，升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．提高的比例，可增大的平衡转化率 D．总反应的决速步为 【答案】C 【解析】A．化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方与反应物的浓度系数次方之比；该反应平衡常数，A错误； B．升高温度，正逆反应速率均增大，B错误；C．提高的比例，使得平衡正向移动，促进氢气转化，可增大的平衡转化率，C正确；D．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则活化能越小，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应，由图，总反应的决速步为，D错误；故选C。 3．（24-25高三上·黑龙江哈尔滨·期中）工业上曾以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应均可逆且分两步进行：①和生成；②分解生成尿素。反应过程能量变化关系如图所示。将一定量的和投入密闭容器中反应。下列说法正确的是 A．正反应活化能：反应①<反应② B．合成尿素反应的 C．随着反应的进行，含量会持续增大 D．升高温度，反应②速率和限度均增加，尿素的平衡产率一定增大 【答案】A 【解析】A．根据图像，反应①、反应②正反应活化能分别为，正反应活化能：反应①＜反应②，故A正确；B．焓变ΔH =正反应的活化能−逆反应的活化能，反应①、反应②，根据盖斯定律①+②得合成尿素总反应的，故B错误；C．反应①放热、反应②吸热，反应①活化能小，速率快，随着NH2COONH4含量逐渐增大，有利于反应②、有利于尿素生成，则NH2COONH4含量先增大后减小，故C错误；D．反应①放热、反应②吸热，升高温度，反应①逆向移动、反应②正向移动，但总反应为放热反应，升高温度，总反应逆向移动，不利于提高尿素的平衡产率，故D错误；故选A。 4．（23-24高三下·江苏·开学考试）电喷雾电离等方法得到的(、、等)与反应可得。与反应能高选择性的生成甲醇。分别与、反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以示例)。已知：直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢。下列说法错误的是 A．步骤I和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是I B．与反应的能量变化应为图中曲线c C．若与反应，氘代甲醇的产量 D．若与反应，生成的氘代甲醇有2种 【答案】C 【解析】A．由图可知，步骤Ⅰ涉及碳氢键的断裂和氢氧键的形成，步骤Ⅱ中涉及碳氧键形成，所以涉及氢原子成键变化的是步骤Ⅰ，故A正确；B．直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，说明正反应活化能会增大，则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线c，故B正确；C．直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则氧更容易和H而不是和D生成羟基，故氘代甲醇的产量CH2DOD<CHD2OH，故C错误；D．根据反应机理可知，若MO+与CHD2反应，生成的氘代甲醇可能为CHD2OD或CD3OH，共2种，故D正确；故选C。 7 / 7 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $