第8章 第2讲 反应历程(机理)及图像分析(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·化学

该高中化学高考复习讲义聚焦反应历程及图像分析核心考点，涵盖基元反应、过渡态理论、催化机理及速率方程等高考重点，按“概念辨析-机理分析-图像解读-真题应用”逻辑层次构建知识体系。通过考点梳理明确基元反应与决速步骤关系，方法指导解析活化能与反应速率关联，真题训练强化图像分析与数据处理能力，系统突破复习难点。 资料以科学思维为导向，创新采用“图像对比+数据建模”教学策略，如通过对比不同催化剂的反应历程能量图，引导学生运用证据推理判断决速步骤，培养模型建构能力。设置基础巩固、能力提升、综合应用分层练习，配合2025年各地高考真题详解，确保学生高效掌握图像分析方法与速率方程应用技巧，为教师精准把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第2讲　反应历程(机理)及图像分析 　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。 考点一　基元反应　过渡态理论 1．基元反应与反应历程 大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。反应历程又称反应机理。 例如：H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)的反应历程是如下两步基元反应：①I2―→I·＋I·(快)，②H2＋2I·―→2HI(慢)，其中慢反应为整个反应的决速步骤。 2．基元反应与过渡态理论 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。过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。 例如，对于基元反应NO2＋CO===NO＋CO2，CO和NO2先形成活化络合物[O—N…O…C—O]，原有的N…O部分破裂，新的C…O部分形成，最后旧键完全破裂，新键完全形成，转变为生成物分子。 能量图 图示释义 图1 ①Ea1表示正反应的活化能； ②Ea2表示逆反应的活化能； ③反应的焓变ΔH＝Ea1－Ea2； ④一般来说，Ea1越小，反应速率越大，反应越易进行 图2 ①图中有几个活化状态，就有几个基元反应； ②每步基元反应的速率大小取决于其能垒的大小，能垒越大，反应速率越小； ③反应物同时发生多个竞争反应，能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高 3.基元反应的速率方程 对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)。k称为速率常数，表示在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L-1时的反应速率，其与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。 [说明]　速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质的化学计量数并无确定关系。 一、基元反应与过渡态理论 1．(2025·陕晋宁青卷)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4，部分历程如下图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。图中所示步骤中最慢的基元反应是________(填序号)；生成水的基元反应方程式为__________________________。 解析：反应活化能越高，反应越慢，由题图可知，第④步反应活化能最高，反应最慢；由题图可知，生成水的基元反应为第③步，反应方程式为HO*＋H＋CH===CH＋H2O。 答案：④　HO*＋H＋CH===CH＋H2O 2．催化剂a和b均能催化反应R(g)⥫⥬P(g)，反应历程中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法错误的是(　　) A．使用催化剂a和b，反应历程都分4步进行 B．反应达到平衡后，升高温度，P的浓度增大 C．使用催化剂b时，反应体系更快达到平衡 D．使用催化剂a时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 解析：选C。根据题图可知，使用催化剂a和b，反应历程都分4步进行，故A正确；根据题图可知，该反应是吸热反应，反应达到平衡后，升高温度，平衡正向移动，P的浓度增大，故B正确；使用催化剂b时，活化能较大，反应速率较小，反应体系更慢达到平衡，故C错误；使用催化剂a时，前两步反应速率较大，而第三步反应速率较小，因此反应过程中更容易积累物质M，因此M所能达到的最高浓度更大，故D正确。 二、速率方程的理解和应用 3．已知2N2O(g)⥫⥬2N2(g)＋O2(g)的速率方程为v＝k·cn(N2O)(k为速率常数，只与温度、催化剂有关)。实验测得，N2O在催化剂X表面反应的变化数据见下表： t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 c(N2O)/ (mol·L-1) 0.100 0.080 c1 0.040 0.020 c2 c3 0 下列说法正确的是(　　) A．n＝1，c1＞c2＝c3 B．t＝10 min时，v(N2O)＝2.0×10-3mol·L-1·s-1 C．相同条件下，增大N2O的浓度或催化剂X的表面积，都能增大反应速率 D．保持其他条件不变，若N2O的起始浓度为0.200 mol·L-1，当浓度减至一半时共耗时50 min 解析：选D。根据题表中数据可知，该反应的速率始终不变，N2O的消耗是匀速的，说明反应速率与c(N2O) 无关，故速率方程中n＝0，每10 min N2O浓度减小0.020 mol·L-1，则c1＝0.060＞c2＝c3＝0，A、C错误；t＝10 min时，瞬时速率等于平均速率，即v(N2O)＝＝2.0×10-3mol·L-1·min-1，B错误；保持其他条件不变，该反应的反应速率不变，即为2.0×10-3 mol·L-1·min-1，若N2O的起始浓度为0.200 mol·L-1，则减至一半时耗时为＝50 min，D正确。 4．(2026·沈阳模拟)一定条件下，反应H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)的速率方程为v＝kcα(H2)·cβ(Br2)·cγ(HBr)，某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如下： c(H2)/ (mol·L-1) c(Br2)/ (mol·L-1) c(HBr)/ (mol·L-1) 反应速率 0.1 0.1 2 v 0.1 0.4 2 8v 0.2 0.4 2 16v 0.4 0.1 4 2v 0.2 0.1 c 4v 根据表中的测定结果，下列结论错误的是(　　) A．表中c的值为1 B．α、β、γ的值分别为1、2、－1 C．反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大 D．在反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr(g)浓度，会使反应速率降低 解析：选B。将H2、Br2、HBr的浓度和速率带入速率方程可得，①v＝k×0.1α×0.1β×2γ、②8v＝k×0.1α×0.4β×2γ、③16v＝k×0.2α×0.4β×2γ、④2v＝k×0.4α×0.1β×4γ、⑤4v＝k×0.2α×0.1β×cγ，由①②得到β＝，②③得到α＝1，①④得到γ＝－1， ①⑤得到c＝1，故A正确，B错误。由v＝kc(H2)·c(Br2)·c-1(HBr)可知，反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大，故C正确。由于γ＝－1，增大HBr(g)浓度，cγ(HBr)减小，在反应体系中保持其他物质浓度不变，会使反应速率降低，故D正确。 考点二　催化机理　催化剂对反应历程的影响 1．催化机理及其特点 (1)催化剂降低反应活化能，增大反应速率，但不改变平衡状态和反应焓变。 (2)用不同催化剂催化化学反应，能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 (3)每种催化剂只有在特定条件下才能体现出它的活性，否则将失去活性。 2．催化循环机理图像分析 图示 释义 ⅰ.环上的物质为催化剂或中间体，如⑤⑥⑦⑧，先生成再消耗为中间体，先消耗再生成为催化剂； ⅱ.“入环”的物质为反应物，如①④； ⅲ.“出环”的物质为生成物，如②③ 1．(2025·天津滨海新区模拟)某温度下，在密闭容器中充入一定量的R(g)，发生反应R(g)⥫⥬T(g)。该反应经历两步：①R(g)⥫⥬I(g)；②I(g)⥫⥬T(g)。催化剂M能催化第②步反应，反应历程如下图所示。下列说法不正确的是(　　) A．升高温度，、均减小 B．不使用催化剂M，反应过程中c(I)先增大后减小 C．使用催化剂M，反应①的活化能不变，反应②的活化能变为E1－E2 D．使用催化剂M，反应①速率不变，反应②速率增大 解析：选C。由题图可知，反应①为吸热反应，反应②为放热反应，对于反应②，升高温度，平衡逆向移动，c(T)减小，c(I)增大，故减小，总反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，c(T)减小，c(R)增大，故减小，A项正确；由题图可知，不使用催化剂M时，反应①的活化能小于反应②，反应①的速率大于反应②，开始时I的生成速率大于消耗速率，I的浓度逐渐增大，后随着反应的进行，I的浓度逐渐减小，故不使用催化剂M，反应过程中I的浓度先增大后减小，B项正确；催化剂M能催化第②步反应，故使用催化剂M，反应①的活化能不变，反应②的活化能降低，增大反应速率，由题图可知，其反应热为E1－E2，不是活化能，C项错误、D项正确。 2．NH3催化还原氮氧化物是目前应用最广泛的烟气脱硝技术。用活化的V2O5作为催化剂，NH3将NO还原成N2的一种反应历程如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．反应1为决速步骤 B．反应3中有极性键、非极性键的断裂和形成 C．整个催化反应的历程中V的成键数未发生变化 D．该催化反应的总反应为4NH3＋4NO＋O24N2＋6H2O 解析：选D。反应1快速发生，不是决速步骤，A错误；反应3中没有非极性键的断裂，B错误；反应1中V与O由双键变为单键，反应4中V与O又由单键变为双键，故整个催化反应的历程中V的成键数发生了变化，C错误；该催化反应的总反应为 4NH3＋4NO＋O24N2＋6H2O，D正确。 3．（2024·北京卷）可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2，实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－114.4 kJ·mol-1。下图所示为该法的一种催化机理。 下列说法不正确的是(　　) A．Y为反应物HCl，W为生成物H2O B．反应制得1 mol Cl2，须投入2 mol CuO C．升高反应温度，HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小 D．图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应 解析：选B。结合题图及反应的热化学方程式可知，Y、Z是反应物HCl和O2，X、W是生成物Cl2和H2O；根据原子守恒进行分析，CuO与Y反应生成Cu(OH)Cl，故Y为HCl，Z为O2；CuCl2分解生成X和CuCl，故X为Cl2，W为H2O，A正确；CuO是催化剂，反应前后的量不变，故反应制得1 mol Cl2，不一定要投入2 mol CuO，B错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，C正确；分析图中各元素化合价可知，有单质参与的两个反应均为氧化还原反应：2CuCl2===Cl2↑＋2CuCl、4CuCl＋O2===2Cu2OCl2，D正确。 1．（2025·河南卷）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下图所示[*表示吸附态，*CH3CHCH2＋2*H―→CH3CH===CH2(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 解析：选C。由题图可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，总反应为吸热反应，A错误；平衡常数只和温度有关，温度不变，平衡常数不变，B错误；由题图可知，丙烷被催化剂a吸附后能量更低，得到的吸附态更稳定，C正确；活化能高的反应速率小，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．（2025·河北卷）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2.69 eV 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 解析：选D。由题图可知，反应i的反应物 Ga2O3(s)和NH3(g)的相对能量为0，生成物的相对能量为0.05 eV，体系能量增加，为吸热过程，A正确；由题图可知，反应ii中H2O(g)脱去步骤需要经过TS5，活化能为3.39 eV－0.70 eV＝2.69 eV，B正确；由题图可知，反应iii由 Ga2ON2H2(s)生成GaN(s)和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；由题图可知，整个反应历程中，活化能最高的步骤是反应iii中的TS7对应的步骤（活化能为3.07 eV），所以总反应的速控步包含在反应iii中，D错误。 3．（2025·湖南卷）环氧化合物是重要的有机合成中间体。以钛掺杂沸石为催化剂，由丙烯（）为原料生产环氧丙烷（）的反应机理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A.过程中Ⅱ是催化剂 B．过程中有极性键和非极性键的断裂和形成 C．过程中Ti元素的化合价发生了变化 D．丙烯与过氧化氢反应生成环氧丙烷的原子利用率为100% 解析：选B。根据反应原理，Ⅰ先消耗再生成，是整个历程的催化剂，Ⅱ先生成再消耗，是中间产物，A错误；过程中存在H2O2中O—O非极性键的断裂，以及O2中O===O非极性键的形成，还存在O—H极性键的断裂，以及C—O极性键的形成，B正确；过程中Ti形成的化学键(Ti—O)始终是4个，配位键不会改变Ti的化合价，故Ti元素的化合价不变，C错误；反应生成了H2O，且存在H2O2的分解反应，原子利用率小于100%，D错误。 4．（2025·四川卷）钒催化剂对H2O2氧化苯制备苯酚的反应具有良好的催化活性，反应机理如下图所示，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VO2+＋H2O2―→VO＋·OH＋H＋ B．步骤③正、逆反应的活化能关系为E正<E逆 C．VO在催化循环中起氧化作用 D．步骤③生成的物质Z是H2 解析：选D。步骤①反应为VO2+＋H2O2―→VO＋·OH＋H＋，故A正确；步骤③为放热反应，ΔH＝E正－E逆<0，即E正＜E逆，故B正确；VO在催化循环中V元素的化合价由＋5降低到＋4，起氧化作用，故C正确；步骤③为和VO、H＋反应生成、VO2+和水，Z是H2O，故D错误。 5．（2025·甘肃卷）对于反应C2H2(g)＋H2(g)⥫⥬C2H4(g)　ΔH＝－175 kJ·mol-1(25 ℃，101 kPa)，反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)＝k[c(H2)]α表示（k为常数）。145 ℃时，保持其他条件不变，测定了不同浓度时的反应速率（如下表）。当v(C2H2)＝1.012×10-4mol·L-1·s-1时，c(H2)＝________mol·L-1。 实验组 c(H2)/ (mol·L-1) v(C2H2)/ (mol·L-1·s-1) 一 4.60×10-3 5.06×10-5 二 1.380×10-2 1.518×10-4 解析：将数据代入方程式组 ，解得α＝1、k＝1.10×10-2 s-1，当v(C2H2)＝1.012×10-4 mol·L-1·s-1时，c(H2)＝＝9.20×10-3 mol·L-1。 答案：9.20×10-3 学科网（北京）股份有限公司 $