专题02 反应过程与能量变化图像分析（重难点讲义）化学沪科版选择性必修1

本讲义聚焦反应过程与能量变化图像分析核心知识点，从焓变概念切入，系统梳理单步及多步反应能垒图像解析方法，包括过渡态与中间产物区分、决速步骤判断，以及活化能、焓变计算和催化剂对反应历程的影响，构建从基础概念到图像应用的学习支架。 该资料紧密对接高考考情，通过理论讲解结合反应微观图、能垒图等题型的典例与对练，培养学生信息提取和证据推理的科学思维，强化物质能量与稳定性关系的化学观念。课中辅助教师突破重难点，课后助力学生通过针对性训练查漏补缺，提升解题能力。

专题02 反应过程与能量变化图像分析 重难目标 1.能解析单步、多步反应能垒图像，精准区分过渡态与中间产物，依据能垒大小判断总反应的决速步骤。 2.可以从能量图像提取活化能、相对能量数据，完成焓变计算，辨析吸热、放热，对比物质的能量与稳定性。 3.理解催化剂对反应历程的影响，明确催化剂只改变活化能，不改变反应焓变，能甄别图像相关正误选项。 考情分析 常给陌生多步反应历程图像，考查活化能、焓变、催化剂作用、决速步判断。命题侧重信息读取，不考复杂计算，易错点是混淆过渡态与中间产物，误判催化剂改变焓变。立足图像提取信息，融合微观基元反应，考查证据推理，是热效应模块高频命题点 一、焓变 1．内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。化学反应之所以会产生反应热，是因为化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。 2．焓、焓变 (1)焓：为了描述等压条件下的反应热，科学上引入了一个与内能有关的物理量，即焓，符号为H。 (2)焓变：在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位是kJ/mol或kJ·mol－1。 (3)焓变的意义 ①当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0。 ②当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。 (3)ΔH与吸热反应和放热反应 ①放热反应：体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH<0。 ②吸热反应：体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，ΔH为正值，即ΔH>0。 二、反应热与能量变化图像分析 1.化学反应的实质和特征 2.焓变与物质能量变化的关系 放热反应 吸热反应 关系 反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量 反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量 表示 方法 ΔH<0 ΔH>0 图示 实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183.0 kJ·mol－1 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1　 3.过渡态与反应机理 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。 4.能量变化活化能(能垒)图 题型01 反应微观图 【典例1】常温常压下，N2与H2反应的能量变化示意图如图，下列说法错误的是 A．断裂化学键需要吸收能量 B．1molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大 C．若生成2molNH3，则反应放出92kJ能量 D．反应过程中有非极性键的断裂与形成 【答案】D 【详解】A．旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成放出能量，故A正确； B．该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物总能量，则1 molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大，故B正确； C．由分析可知，合成氨的反应热为﹣92 kJ/mol，则生成2molNH3，则反应放出92kJ能量，故C正确； D．该反应只有氢氢键和氮氮键非极性键的断裂，无非极性键的形成，故D错误； 故选D。 【对练1】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： 下列说法错误的是 A．在历程Ⅰ~Ⅴ中，涉及了、、的断裂 B．在历程Ⅰ~Ⅴ中，生成V的反应决定了脱氢反应的速率 C．若用或代替，得到的产物都有和 D．在催化剂表面脱氢反应的 【答案】A 【详解】A．在历程I~V中，根据图中分析没有的断裂，故A错误； B．在历程I~V中，IV→V的活化能最高，则生成V的反应速率最慢，决定了脱氢反应的速率，故B正确； C．根据HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理图可得化学反应为HCOOHCO2+H2，即HCOOH中的两个H原子被解离出来形成H2，则用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2，故C正确； D．由反应历程图可知，在催化剂表面脱氢反应，反应物的总能量高于最终产物的总能量，则HCOOH脱氢反应为放热反应，△H<0，故D正确； 答案选A。 【对练2】甲酸在催化剂表面催化释氢的机理如图所示。已知第一步与第三步是快反应，第二步是慢反应。下列说法正确的是 A．用氘化甲酸(HCOOD或DCOOH)代替HCOOH，得到的是HD和 B．的反应速率由第一步和第三步决定 C．使用更高效的催化剂，能降低活化能并增大反应的焓变 D．第一步断裂的化学键是碳氢键 【答案】A 【详解】A．机理中生成H2的H+来自HCOOH的O-H键，H-来自C-H键。若用HCOOD(O上为D)，则O-D键断裂生成D+，C-H键断裂生成H-，结合为HD；若用DCOOH(C上为D)，则O-H键断裂生成H+，C-D键断裂生成D-，结合为HD，均得到HD和CO2，A正确； B．总反应速率由慢反应决定，题中第二步为慢反应，故反应速率由第二步决定，B错误； C．催化剂降低活化能但不改变反应焓变，C错误； D．第一步是HCOOH在催化剂表面反应生成，甲酸(HCOOH)结构为，断裂的是羧基中O-H键，D错误； 故选A。 题型02 能垒图 【典例2】根据下图所示的过程中的能量变化情况，判断下列说法不正确的是 A．转化为氯原子是一个吸热过程 B．和的总能量比的总能量高 C．1个分子中的化学键断裂时需要吸收能量 D．和反应生成的反应热 【答案】C 【详解】A．转化为氯原子是化学键断裂的过程，需要吸收热量，是一个吸热过程，A正确；   B．和反应生成的反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=436kJ/mol+243kJ/mol-2×431kJ/mol=-183kJ/mol，属于放热反应，因此1molH2和1molCl2的总能量比2molHCl的总能量高，B正确； C．1mol分子中化学键断裂时需要吸收431kJ能量，而不是1个HCl(g)分子中的化学键断裂时需要吸收431kJ能量，C错误； D．由B分析可知，和反应生成的反应热，D正确； 故选C。 【对练1】和反应生成过程中能量变化如下图所示，下列说法不正确的是 A．结合生成时，放出498 kJ能量 B．断裂分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量 C．该反应中反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 D．该反应的热化学方程式为   【答案】C 【详解】A．成键放出能量，2mol气态氧原子结合生成时，能放出498 kJ能量，A正确； B．由图中可知，生成2 mol NO放出能量2×632 kJ，断裂 1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量，B正确； C．此反应为吸热反应，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，C错误； D．由分析可知，反应的热化学方程式为： ，D正确； 故选C。 【对练2】氢能的利用是人们对新能源的重要研究方向之一。铁的配合物离子（用表示）催化分解的反应机理和相对能量的变化情况如图所示。下列说法正确的是 A．将转化为和的反应是吸热反应 B．若用D标记中的H原子，可能会产生 C．浓度过大或过小，均导致反应速率降低 D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定 【答案】C 【详解】 A．根据反应相对能量的变化判断，该反应是放热反应，A错误；            B．HCOO-中的H和溶液中的H+最终合成了H2，若用D标记HCOO-中的H，可能会产生HD，B错误；                                             C．H+浓度过大不利于HCOOH电离，使HCOO-浓度减小，H+浓度过小，不利于Ⅲ→Ⅳ，C正确； D．总反应速率取决于慢反应，活化能最大的为慢反应，由能量图可知状态Ⅳ到过渡态2的活化能最大，故由Ⅳ→Ⅰ步骤决定，D错误； 故答案选C。 题型03 能量变化图 【典例3】图甲为1mol N2(g)和1mol O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法正确的是 A．图甲的过程可以通过豆科植物的根瘤菌来实现，是一个自然固氮的过程 B．1mol N2(g)和1mol O2(g)总能量低于2mol NO(g)能量 C．反应生成1mol NO(g)需要吸收180kJ的能量 D．该化学反应和能量变化关系如图乙 【答案】B 【详解】A．图甲中，1 mol  N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)，该过程的反应条件为放电或高温，豆科植物的根瘤菌固氮一般是常温下将氮气转化为含氮化合物，A错误； B．根据图甲中信息可知，1  mol  N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol  NO(g)过程中，断裂1 mol 氮气中化学键需吸收能量946 kJ，断裂1 mol 氧气中化学键需吸收能量498 kJ，形成2 mol NO中的化学键需释放能量2×632 kJ，则反应需吸收能量：(946+498-632×2) kJ=180 kJ，，反应为吸热反应，反应物总能量低于生成物总能量，B正确； C．结合B项分析知，反应生成1 mol  NO(g)需要吸收，×180 kJ=90 kJ的能量，C错误； D．根据图甲中信息可知，该反应为吸热反应，反应物总能量低于生成物总能量，而图乙中反应物总能量高于生成物总能量，D错误； 故选B。 【对练1】下列图示与对应的叙述相符的是 A．(a)图可表示盐酸与反应的能量变化 B．(b)图中实验的环境温度为22℃，将物质的量浓度相等、体积分别为mL、mL的溶液、NaOH溶液混合，测量混合液温度，结果如(b)图(已知mL) C．由(c)图可知，若在密闭容器中加入2 mol和4 mol充分反应放出的热量为kJ D．由(d)图可知，A与C的能量差为： 【答案】D 【详解】A．a图中反应物总能量低于生成物总能量，对应吸热反应；而盐酸与反应是放热反应，反应物总能量应高于生成物，图像与叙述不符，A错误； B．与浓度相等时，恰好中和满足：，即，结合，得恰好中和（放热最多、温度最高）时，但图中温度最高点在，图像与叙述不符，B错误； C．是可逆反应，反应物不能完全转化。由图可知，与完全反应放热，则与充分反应，因反应不能完全进行，放出热量小于，C错误。 D．设A、C的能量分别为、，根据能量变化推导： B的能量：，C的能量：整理得A与C的能量差：，与叙述一致，D正确； 故答案选D。 【对练2】已知  ，该反应的反应历程与能量变化如图所示。下列叙述错误的是 A．升高温度，总反应的反应速率增大，CH3CHO平衡转化率降低 B．催化剂作用下，总反应分两个基元反应，只改变路径而不改变焓变 C．催化剂将总反应活化能降低 D．总反应的热化学方程式为   【答案】A 【详解】A. 总反应是吸热反应，升高温度，乙醛的平衡转化率增大，A项错误； B. 加入催化剂后总反应分两步进行，路径改变，化学反应速率加快，但是焓变不改变，B项正确； C. 未加催化剂时的活化能为，加入催化剂后活化能为，活化能相差，C项正确； D. 总反应的反应热等于产物能量与反应物能量之差，，D项正确； 故答案选A。 题型04 化学反应与能量图像综合题 【典例4】．和CO均会造成环境污染，可在表面将它们转化为无害气体，其反应为：  ，反应中物质转化过程如图1所示，能量变化过程如图2所示，下列说法正确的是 A．该反应属于氮的固定 B．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和 C．由上述两图可知 D．为了实现转化需不断向反应器中补充和 【答案】C 【详解】A．氮的固定是将游离态氮（）转化为化合态氮的过程，该反应中氮元素从化合态（）转化为游离态（），不属于氮的固定，A错误； B．由图2可知反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，反应物键能总和生成物键能总和，故反应物键能总和小于生成物键能总和，B错误； C．根据盖斯定律，总反应焓变等于两步分步反应焓变之和，即；反应焓变等于正反应活化能与逆反应活化能的差值，即，C正确； D．是反应的催化剂，反应前后质量和性质不变，是反应中间产物，反应过程中会循环生成和消耗，二者均不需要不断补充，D错误； 故选C。 【对练1】化学反应中伴随着能量变化，下列说法正确的是 A．图①可表示和反应的热效应 B．图②中的可表示甲烷的燃烧热 C．若用铜丝代替图③中的仪器a进行相应的实验操作，测得的中和热偏大 D．和反应生成，放出热量a kJ，则其热化学方程式可表示为： 【答案】C 【详解】A．图①中反应物总能量高于生成物，为放热反应，而与的反应为吸热反应，A错误； B．燃烧热要求1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物，其中水应为液态，图②中生成物水为气态，故不是甲烷的燃烧热，B错误； C．仪器a为环形玻璃搅拌棒，若用铜丝代替图③中的仪器a，铜丝导热性好，会导致热量散失更多，测得的反应放热数值偏小，中和热为负值，故测得的偏大，C正确； D．与的反应为可逆反应，1mol 和0.5mol 不能完全反应，故2mol 完全反应放出的热量大于2a kJ，热化学方程式的应小于，D错误； 故选C。 【对练2】我国科研人员提出了由和转化为高附加值产品的催化反应历程。该历程示意图如下： 下列说法不正确的是 A．生成总反应的原子利用率为100% B．过程中，有键发生断裂 C．①→②放出能量并形成了键 D．该反应的焓变(反应热)与反应的途径有关 【答案】D 【详解】A．由图可知，反应物是 和，经过催化反应后生成。总反应方程式为，反应的原子利用率为100%，A正确； B．甲烷分子中含有4个C-H键。在转化为乙酸的过程中，甲烷分子需要失去一个氢原子，并与二氧化碳分子结合。从图中也可以看出，甲烷活化后形成了甲基并与催化剂相连，随后与结合。这个过程必然伴随着甲烷分子中C-H键的断裂，B正确； C．观察图中的能量变化曲线，状态①的能量高于状态②的能量。因此，从状态①转化为状态②的过程是一个能量降低的过程，即放出能量，同时，状态①是和活化的分别吸附在催化剂上的状态，而状态②是它们结合后的状态。在和转化为的过程中，需要形成新的碳碳键，C正确； D．反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应途径无关，D错误； 故选D。 1．已知：2NO2(g)=N2O4(g)　 ΔH 1=a kJ·mol-1，N2O4(l)=2NO2(g)　 ΔH 2=b kJ·mol-1，又知“2NO2(g)”的总能量高于“N2O4(g)”，下列有关这两个反应的说法错误的是 A．ΔH 1<0 B．ΔH 1=-ΔH 2 C．能量关系如图所示 D．消耗2 mol NO2(g)生成1 mol N2O4(g)时，放出的热量为|a| kJ 【答案】B 【详解】A．已知2总能量高于的总能量，故该反应为放热反应，故，A正确； B．对应生成气态的焓变，对应液态分解的焓变，两个反应中的聚集状态不同，不互为逆反应，因此，B错误； C．同种物质气态能量高于液态，因此能量大小顺序为，与图示能量关系一致，C正确； D．反应为放热反应，，消耗生成气态时，放出热量为，D正确； 故选B。 2．钙与氯气反应的Born-Haber循环图如下： 已知：气态原子得1个电子生成气态-1价阴离子放出的能量叫第一亲和能(单位：)。下列叙述错误的是 A．Cl-Cl键的键能为 B．的亲和能为 C．失去电子生成吸收能量为 D．和生成的反应热 【答案】C 【详解】A．由图可知，吸收的能量为，即Cl-Cl键的键能为，A项正确； B．由图可知，2 mol Cl(g)得电子生成的焓变为，则1 mol Cl(g)得电子的烩变为，即亲和能(以焓变表示)为，B项正确； C．的反应热，相当于，故吸收热量为，C项错误； D．根据盖斯定律，各步能量之和等于氯化钙的生成热：，D项正确。 3．下列图示与对应的叙述不相符的是 A．(a)图可表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化 B．通过(b)图可知石墨比金刚石稳定 C．由(c)图可知，若在密闭容器中加入2 mol (g)和4 mol (g)充分反应放出的热量为(a-b)/2 kJ，此时的转化率为50% D．由(d)图可知，A与C的能量差为：E4-E1-E3+E2 【答案】C 【详解】A．盐酸与碳酸氢钠反应吸热，生成物总能量高于反应物总能量，叙述与图示相符，A不符合题意； B．由(b)图可知，金刚石+氧气的总能量高于石墨+氧气的总能量，生成物均为，石墨的能量低于金刚石，能量越低，物质越稳定，所以，石墨比金刚石稳定，叙述与图示相符，B不符合题意； C．由(c)图可得，反应 ，反应放热，若2 mol与4 mol充分反应，的转化率为50%，反应放出的热量为，叙述与图示不相符，C符合题意； D．由(d)图可知，、，由盖斯定律可得A→C的焓变，设A的能量为0，则C的能量为，根据图示中能量相对大小可得A与C的能量差为，叙述与图示相符，D不符合题意； 答案选C。 4．化学反应的能量变化如图所示。下列叙述错误的是 A．该反应需要在加热条件下才能进行 B．反应物的总能量比生成物的总能量低 C．该反应每生成2 mol AB气体分子吸收约热量 D．破坏反应物中化学键所需的能量高于形成生成物中化学键释放的能量 【答案】A 【详解】A．由图示可知，该反应反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应为吸热反应，但反应吸放热与反应条件无关，该反应不一定需要加热条件，A错误； B．由图示可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，B正确； C．由图示可知，生成2 mol AB气体吸收(a-b) kJ的能量，C正确； D．该反应为吸热反应，说明破坏反应物化学键吸收的总能量高于形成生成物化学键释放的总能量，D正确； 故选A。 5．尿素[]是一种重要的肥料，以、为原料经过两步反应可以合成，反应过程中的能量变化如图所示。 下列说法正确的是 A．   B．若第二步反应生成和，则该步的焓变 C．和的键能总和大于的总键能 D．选用合适的催化剂，能减小上述两步反应的焓变的数值 【答案】B 【详解】A．总反应焓变，不是，A错误； B．若第二步生成，液态水变为气态水需要吸收热量，生成物总能量更高，焓变更正，因此，B正确； C．第一步反应为放热反应，反应物总键能生成物总键能，说明和的键能总和小于的总键能，C错误； D．催化剂只改变反应活化能，不改变反应的焓变，焓变只与反应物和生成物的能量有关，D错误； 故选B。 6．在常温常压下，正丁烷转化成异丁烷的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．该转化过程属于吸热反应 B．正丁烷比异丁烷更稳定 C．转化过程中只有非极性键的断裂和形成 D．由图中数据可知：当正丁烷完全转化成异丁烷时，理论上热量变化 【答案】D 【详解】A．由图可知，反应物的相对能量为-125 kJ/mol，生成物的相对能量为-132 kJ/mol，反应物的能量大于生成物的能量，因此该反应为放热反应，A错误； B．由图可知，反应物正丁烷的能量大于生成物异丁烷的能量，能量越低越稳定，因此异丁烷比正丁烷更稳定，B错误； C．烷烃的转化过程涉及C-C非极性键和C-H极性键的断裂和形成，C错误； D．由图中可知，该反应的 kJ/mol，因此正丁烷完全转化成异丁烷时，放出的热量为14 kJ，理论上热量变化，D正确； 故答案为D。 7．臭氧()能与活性氧原子()反应生成氧气()。该反应在无氯原子()参与时和有氯原子参与时的势能图如下(图中所有物种均为气态)。 下列说法不正确的是： A．   B．氯氧键键能 C． D．历程Ⅰ和历程Ⅱ中均涉及非极性键的形成 【答案】B 【详解】A．由图可知，具有的能量高于具有的能量，反应放热，故  ，A正确； B．表示 反应放出的能量，不能表示氯氧键的键能，B错误； C．和都表示的反应热，能量相同，C正确； D．历程Ⅰ和历程Ⅱ都有氧气的形成，故都涉及非极性键的形成，D正确； 故选B。 8．土壤中的微生物将大气中的经两步反应氧化成，两步反应的能量变化如图。下列说法错误是 A．总反应热化学方程式为：   B．该转化过程决速步骤的活化能为 C．为吸热反应 D．标准燃烧热为 【答案】D 【详解】A．总反应的焓变ΔH等于生成物总能量减去反应物总能量。由图可知反应物的相对能量为221.2kJ・mol-1，生成物的相对能量为-581.5kJ・mol-1，因此ΔH=-581.5-221.2=-802.7kJ・mol-1，热化学方程式书写正确。A正确； B．多步反应的决速步骤是活化能最大的一步。第一步反应的活化能为406-221.2=184.8kJ・mol-1，第二步反应的活化能为330.5-0=330.5kJ・mol-1，因此第二步是决速步骤，其活化能为330.5kJ・mol-1。B正确； C．由图中信息可知，第一步反应H2S(g)+2O2(g)=S(s)+O2(g)+H2O(g)的ΔH=0-221.2=-221.2kJ・mol-1。其逆反应S(s)+H2O(g)=H2S(g)+O2(g)的ΔH=+221.2kJ・mol-1，将该反应乘以2得，ΔH=+442.4kJ・mol-1，为吸热反应。C正确； D．标准燃烧热的定义是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。H2S完全燃烧的稳定产物应为SO2(g)和H2O(l)，而图中第一步反应生成的是S(s)和H2O(g)，并非稳定氧化物，因此-221.2kJ・mol-1不是H2S的标准燃烧热。D错误； 故答案选D。 9．甲醇()与CO催化制备乙酸()的反应历程及每分子甲醇转化为乙酸的能量变，化关系如图。下列说法正确的是 A．ⅲ为该历程的决速步骤 B．该过程不涉及非极性键的形成 C．该反应中，为催化剂，HI为中间产物 D．总反应的热化学方程式为CH3OH(l)+CO(g)=CH3OOH(l) 【答案】A 【详解】A．步骤iii的活化能最高，反应速率最慢，为该历程的决速步骤，A正确； B．该过程生成时形成了非极性键，涉及非极性键的形成，B错误； C．该反应中参与反应后最终又生成，为催化剂，是反应的中间产物，不是催化剂，C错误； D．图中能量差为每分子反应的能量变化，总反应的，单位数值均错误，D错误； 故选A。 10．多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现时(各物质均为气态)，甲醇()与水在铜基催化剂上的反应机理和能量图如下。下列说法正确的是 A．反应Ⅰ既有极性键的断裂与形成，又有非极性键的断裂与形成 B．1 mol 断键吸收的能量小于1 mol 和2 mol 成键释放的能量 C．1 mol 和1 mol 的总能量大于1 mol 和3 mol 的总能量 D．反应Ⅱ的热化学方程式为： 【答案】D 【详解】A．反应I反应物仅含极性键，反应过程仅断裂极性键，生成非极性键，无非极性键断裂，A错误； B．反应I为吸热反应，断键吸收的能量大于和成键释放的能量，B错误； C．总反应为吸热反应，和的总能量小于和的总能量，C错误； D．反应II为放热反应，生成物总能量比反应物低，热化学方程式为，D正确； 故选D。 11．已知，下列说法错误的是 A．该反应过程中的能量变化如图 B．该反应中，断键吸收的能量高于成键放出的能量 C．该反应中的能量变化与反应物的质量有关 D．盐酸与碳酸氢钠的反应和该反应均为吸热反应 【答案】A 【详解】 A．该反应是吸热反应，生成物总能量高于反应物总能量。反应过程为反应物2H2O(g)先断键吸热，能量升高生成4H(g)+2O(g)，原子再成键放热，能量降低，得到生成物2H2(g)+O2(g)，最终生成物能量高于反应物，对应图像应该为，A错误； B．上述反应为吸热反应，断键吸收的能量高于成键放出的能量，B正确； C．该反应中吸收的能量与反应物的质量成正比，C正确； D．盐酸与碳酸氢钠的反应属于吸热反应，D正确。 答案选A。 12．下列有关能量转化的说法不正确的是 A．反应的热化学方程式可表示为   B．该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量 C．1 mol C和反应生成1 mol CO和吸收的热量一定为 D．、、转变成和放出的热量为 【答案】C 【详解】A．由图可知，该反应为吸热反应，反应的热化学方程式可表示为  ，A项正确； B．该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量，B项正确； C．没有指明水的状态，C项错误； D．由图可知，、、转变成和放出的热量为，D项正确； 故选C。 13．反应的能量变化如图所示。已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H-O键形成时放出热量463 kJ。以下说法错误的是 ①c代表总反应放出的能量为121 kJ ②b代表新的化学键形成吸收的能量为463 kJ ③氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为436 kJ ④此反应为放热反应，所以无需加热就能进行 ⑤NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合反应的能量变化也与此图类似 A．①③④⑤ B．②③④ C．①②④⑤ D．全部 【答案】C 【详解】①．由图可知，c代表反应热，即总反应放出的热量。已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，1 mol氢气（质量为2 g）完全燃烧生成水蒸气时放出热量为，所以c代表总反应放出的能量为242 kJ，并非121 kJ，故①错误； ②．图中b代表新的化学键形成时放出的能量，其数值为。而选项②中描述为吸收能量，且数值错误，故②错误； ③．设氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为x，根据反应热反应物键能总和—生成物键能总和，可得，得到 即氢气中1 mol  H-H键断裂时吸收热量为436 kJ，故③正确； ④．此反应为放热反应，但放热反应也可能需要加热才能进行，比如氢气和氧气需要点燃才反应，故④错误； ⑤．晶体与晶体混合反应为吸热反应，而题中反应为放热反应，能量变化不相似，故⑤错误； 综上，①②④⑤结论错误。　 故选C。 14．CCS技术是将工业和有关能源产业中所产生的CO2进行捕获与封存的技术，被认为是拯救地球、应对全球气候变暖最重要的手段之一。其中一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图1所示(部分条件及物质未标出)。 (1)CH4在催化剂作用下实现第一步，也叫CH4不完全燃烧，1gCH4不完全燃烧放出2.21kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_____。 (2)第二步中涉及的反应为CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)，其反应过程中的能量变化如图2所示，写出反应CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)的热化学方程式：_____。 【答案】(1)2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)   △H= -70.72 kJ•mol-1 (2)CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g) △H= +41 kJ•mol-1 【详解】（1）1gCH4燃烧生成一氧化碳和氢气放热2.21kJ，16g甲烷燃烧生成一氧化碳和氢气放出热量16×2.21kJ=35.36kJ，16g甲烷为1mol，则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)   △H= -70.72 kJ•mol-1； （2）由如图2可知，CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)  △H= -41 kJ•mol-1，则反应CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)的△H= +41 kJ•mol-1，则热化学方程式：CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g) △H= +41 kJ•mol-1。 15．研究化学反应过程与能量变化的关系具有重要意义。回答下列问题： (1)和合成尿素[]的能量变化如图1所示，写出该反应的热化学方程式：___________。 (2)(l)在(g)中燃烧生成CO(g)和(g)的难以测量，原因是___________。已知CO的燃烧热，若想计算，还需要知道___________(写出热化学方程式，焓变用表示)。 (3)(g)与(g)反应生成HF(g)过程中的能量变化如图2所示，图3中能正确表示该反应的能量-反应过程曲线图的是___________(填“甲”或“乙”)。 (4)图4表示ⅥA族的O、S、Se、Te在生成1mol气态氢化物时的焓变数据，根据数据可确定c代表___________(填元素符号)的氢化物，写出发生分解反应的热化学方程式：___________。 (5)已知：；1个分子中有8个硫硫键，1个分子中有2个硫氧键；破坏1mol硫氧键、1mol氧氧键所需能量分别为bkJ、ckJ，则生成1mol硫硫键释放的能量为___________。 【答案】(1) (2) 难以控制只生成CO (3)甲 (4) S (5) 【详解】（1）从图中可以看出，该反应的反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，其中，所以该反应的热化学方程式为，故填； （2）C6H6(l)在O2(g)中燃烧的产物可能为二氧化碳和水，可能为CO和水，很难控制只生成CO而没有二氧化碳生成，所以其反应热难以测量，在知道C6H6(l)在O2(g)中燃烧的热化学方程式时，可以通过盖斯定律进行计算，故填难以控制只生成CO、； （3） 图2中氢气和氟气断键所吸收的总能量为，2mol H原子和2mol F原子形成2mol HF所释放的能量为，焓变等于反应物总键能之和减去生成物键能之和，即，其反应的历程可表示为，故为甲； （4）根据非金属性越强越容易与氢气化合生成相应氢化物，氧族元素中非金属性从上到下依次减弱，由此可知图中a、b、c、d分别代表Te、Se、S、O，故c代表S；图中形成时为吸热反应，所以分解时为放热反应，其反应的热化学方程式为，故填S、； （5）从能量角度：等于反应物总键能之和减去生成物键能之和，设断开1mol硫硫键需要x，即，解得，同理生成1mol硫硫键释放能量为，故填。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 反应过程与能量变化图像分析 重难目标 1.能解析单步、多步反应能垒图像，精准区分过渡态与中间产物，依据能垒大小判断总反应的决速步骤。 2.可以从能量图像提取活化能、相对能量数据，完成焓变计算，辨析吸热、放热，对比物质的能量与稳定性。 3.理解催化剂对反应历程的影响，明确催化剂只改变活化能，不改变反应焓变，能甄别图像相关正误选项。 考情分析 常给陌生多步反应历程图像，考查活化能、焓变、催化剂作用、决速步判断。命题侧重信息读取，不考复杂计算，易错点是混淆过渡态与中间产物，误判催化剂改变焓变。立足图像提取信息，融合微观基元反应，考查证据推理，是热效应模块高频命题点 一、焓变 1．内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。化学反应之所以会产生反应热，是因为化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。 2．焓、焓变 (1)焓：为了描述等压条件下的反应热，科学上引入了一个与内能有关的物理量，即焓，符号为H。 (2)焓变：在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位是kJ/mol或kJ·mol－1。 (3)焓变的意义 ①当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0。 ②当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。 (3)ΔH与吸热反应和放热反应 ①放热反应：体系向环境释放能量，反应体系的焓__________，ΔH为负值，即ΔH<0。 ②吸热反应：体系从环境中吸收能量，反应体系的焓__________，ΔH为正值，即ΔH>0。 二、反应热与能量变化图像分析 1.化学反应的实质和特征 2.焓变与物质能量变化的关系 放热反应 吸热反应 关系 反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量 反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量 表示 方法 ΔH<0 ΔH>0 图示 实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183.0 kJ·mol－1 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1　 3.过渡态与反应机理 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__________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__________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__________，改变__________，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：____________________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。 4.能量变化活化能(能垒)图 题型01 反应微观图 【典例1】常温常压下，N2与H2反应的能量变化示意图如图，下列说法错误的是 A．断裂化学键需要吸收能量 B．1molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大 C．若生成2molNH3，则反应放出92kJ能量 D．反应过程中有非极性键的断裂与形成 【对练1】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： 下列说法错误的是 A．在历程Ⅰ~Ⅴ中，涉及了、、的断裂 B．在历程Ⅰ~Ⅴ中，生成V的反应决定了脱氢反应的速率 C．若用或代替，得到的产物都有和 D．在催化剂表面脱氢反应的 【对练2】甲酸在催化剂表面催化释氢的机理如图所示。已知第一步与第三步是快反应，第二步是慢反应。下列说法正确的是 A．用氘化甲酸(HCOOD或DCOOH)代替HCOOH，得到的是HD和 B．的反应速率由第一步和第三步决定 C．使用更高效的催化剂，能降低活化能并增大反应的焓变 D．第一步断裂的化学键是碳氢键 题型02 能垒图 【典例2】根据下图所示的过程中的能量变化情况，判断下列说法不正确的是 A．转化为氯原子是一个吸热过程 B．和的总能量比的总能量高 C．1个分子中的化学键断裂时需要吸收能量 D．和反应生成的反应热 【对练1】和反应生成过程中能量变化如下图所示，下列说法不正确的是 A．结合生成时，放出498 kJ能量 B．断裂分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量 C．该反应中反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 D．该反应的热化学方程式为   【对练2】氢能的利用是人们对新能源的重要研究方向之一。铁的配合物离子（用表示）催化分解的反应机理和相对能量的变化情况如图所示。下列说法正确的是 A．将转化为和的反应是吸热反应 B．若用D标记中的H原子，可能会产生 C．浓度过大或过小，均导致反应速率降低 D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定 题型03 能量变化图 【典例3】图甲为1mol N2(g)和1mol O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法正确的是 A．图甲的过程可以通过豆科植物的根瘤菌来实现，是一个自然固氮的过程 B．1mol N2(g)和1mol O2(g)总能量低于2mol NO(g)能量 C．反应生成1mol NO(g)需要吸收180kJ的能量 D．该化学反应和能量变化关系如图乙 【对练1】下列图示与对应的叙述相符的是 A．(a)图可表示盐酸与反应的能量变化 B．(b)图中实验的环境温度为22℃，将物质的量浓度相等、体积分别为mL、mL的溶液、NaOH溶液混合，测量混合液温度，结果如(b)图(已知mL) C．由(c)图可知，若在密闭容器中加入2 mol和4 mol充分反应放出的热量为kJ D．由(d)图可知，A与C的能量差为： 【对练2】已知  ，该反应的反应历程与能量变化如图所示。下列叙述错误的是 A．升高温度，总反应的反应速率增大，CH3CHO平衡转化率降低 B．催化剂作用下，总反应分两个基元反应，只改变路径而不改变焓变 C．催化剂将总反应活化能降低 D．总反应的热化学方程式为   题型04 化学反应与能量图像综合题 【典例4】．和CO均会造成环境污染，可在表面将它们转化为无害气体，其反应为：  ，反应中物质转化过程如图1所示，能量变化过程如图2所示，下列说法正确的是 A．该反应属于氮的固定 B．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和 C．由上述两图可知 D．为了实现转化需不断向反应器中补充和 【对练1】化学反应中伴随着能量变化，下列说法正确的是 A．图①可表示和反应的热效应 B．图②中的可表示甲烷的燃烧热 C．若用铜丝代替图③中的仪器a进行相应的实验操作，测得的中和热偏大 D．和反应生成，放出热量a kJ，则其热化学方程式可表示为： 【对练2】我国科研人员提出了由和转化为高附加值产品的催化反应历程。该历程示意图如下： 下列说法不正确的是 A．生成总反应的原子利用率为100% B．过程中，有键发生断裂 C．①→②放出能量并形成了键 D．该反应的焓变(反应热)与反应的途径有关 1．已知：2NO2(g)=N2O4(g)　 ΔH 1=a kJ·mol-1，N2O4(l)=2NO2(g)　 ΔH 2=b kJ·mol-1，又知“2NO2(g)”的总能量高于“N2O4(g)”，下列有关这两个反应的说法错误的是 A．ΔH 1<0 B．ΔH 1=-ΔH 2 C．能量关系如图所示 D．消耗2 mol NO2(g)生成1 mol N2O4(g)时，放出的热量为|a| kJ 2．钙与氯气反应的Born-Haber循环图如下： 已知：气态原子得1个电子生成气态-1价阴离子放出的能量叫第一亲和能(单位：)。下列叙述错误的是 A．Cl-Cl键的键能为 B．的亲和能为 C．失去电子生成吸收能量为 D．和生成的反应热 3．下列图示与对应的叙述不相符的是 A．(a)图可表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化 B．通过(b)图可知石墨比金刚石稳定 C．由(c)图可知，若在密闭容器中加入2 mol (g)和4 mol (g)充分反应放出的热量为(a-b)/2 kJ，此时的转化率为50% D．由(d)图可知，A与C的能量差为：E4-E1-E3+E2 4．化学反应的能量变化如图所示。下列叙述错误的是 A．该反应需要在加热条件下才能进行 B．反应物的总能量比生成物的总能量低 C．该反应每生成2 mol AB气体分子吸收约热量 D．破坏反应物中化学键所需的能量高于形成生成物中化学键释放的能量 5．尿素[]是一种重要的肥料，以、为原料经过两步反应可以合成，反应过程中的能量变化如图所示。 下列说法正确的是 A．   B．若第二步反应生成和，则该步的焓变 C．和的键能总和大于的总键能 D．选用合适的催化剂，能减小上述两步反应的焓变的数值 6．在常温常压下，正丁烷转化成异丁烷的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．该转化过程属于吸热反应 B．正丁烷比异丁烷更稳定 C．转化过程中只有非极性键的断裂和形成 D．由图中数据可知：当正丁烷完全转化成异丁烷时，理论上热量变化 7．臭氧()能与活性氧原子()反应生成氧气()。该反应在无氯原子()参与时和有氯原子参与时的势能图如下(图中所有物种均为气态)。 下列说法不正确的是： A．   B．氯氧键键能 C． D．历程Ⅰ和历程Ⅱ中均涉及非极性键的形成 8．土壤中的微生物将大气中的经两步反应氧化成，两步反应的能量变化如图。下列说法错误是 A．总反应热化学方程式为：   B．该转化过程决速步骤的活化能为 C．为吸热反应 D．标准燃烧热为 9．甲醇()与CO催化制备乙酸()的反应历程及每分子甲醇转化为乙酸的能量变，化关系如图。下列说法正确的是 A．ⅲ为该历程的决速步骤 B．该过程不涉及非极性键的形成 C．该反应中，为催化剂，HI为中间产物 D．总反应的热化学方程式为CH3OH(l)+CO(g)=CH3OOH(l) 10．多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现时(各物质均为气态)，甲醇()与水在铜基催化剂上的反应机理和能量图如下。下列说法正确的是 A．反应Ⅰ既有极性键的断裂与形成，又有非极性键的断裂与形成 B．1 mol 断键吸收的能量小于1 mol 和2 mol 成键释放的能量 C．1 mol 和1 mol 的总能量大于1 mol 和3 mol 的总能量 D．反应Ⅱ的热化学方程式为： 11．已知，下列说法错误的是 A．该反应过程中的能量变化如图 B．该反应中，断键吸收的能量高于成键放出的能量 C．该反应中的能量变化与反应物的质量有关 D．盐酸与碳酸氢钠的反应和该反应均为吸热反应 12．下列有关能量转化的说法不正确的是 A．反应的热化学方程式可表示为   B．该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量 C．1 mol C和反应生成1 mol CO和吸收的热量一定为 D．、、转变成和放出的热量为 13．反应的能量变化如图所示。已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H-O键形成时放出热量463 kJ。以下说法错误的是 ①c代表总反应放出的能量为121 kJ ②b代表新的化学键形成吸收的能量为463 kJ ③氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为436 kJ ④此反应为放热反应，所以无需加热就能进行 ⑤NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合反应的能量变化也与此图类似 A．①③④⑤ B．②③④ C．①②④⑤ D．全部 14．CCS技术是将工业和有关能源产业中所产生的CO2进行捕获与封存的技术，被认为是拯救地球、应对全球气候变暖最重要的手段之一。其中一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图1所示(部分条件及物质未标出)。 (1)CH4在催化剂作用下实现第一步，也叫CH4不完全燃烧，1gCH4不完全燃烧放出2.21kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_____。 (2)第二步中涉及的反应为CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)，其反应过程中的能量变化如图2所示，写出反应CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)的热化学方程式：_____。 15．研究化学反应过程与能量变化的关系具有重要意义。回答下列问题： (1)和合成尿素[]的能量变化如图1所示，写出该反应的热化学方程式：___________。 (2)(l)在(g)中燃烧生成CO(g)和(g)的难以测量，原因是___________。已知CO的燃烧热，若想计算，还需要知道___________(写出热化学方程式，焓变用表示)。 (3)(g)与(g)反应生成HF(g)过程中的能量变化如图2所示，图3中能正确表示该反应的能量-反应过程曲线图的是___________(填“甲”或“乙”)。 (4)图4表示ⅥA族的O、S、Se、Te在生成1mol气态氢化物时的焓变数据，根据数据可确定c代表___________(填元素符号)的氢化物，写出发生分解反应的热化学方程式：___________。 (5)已知：；1个分子中有8个硫硫键，1个分子中有2个硫氧键；破坏1mol硫氧键、1mol氧氧键所需能量分别为bkJ、ckJ，则生成1mol硫硫键释放的能量为___________。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $