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热点突破练5　化学反应历程与机理的图像分析
1.(2024·辽宁丹东模拟)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,再经下列历程实现N的催化还原,进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是(　　)
A.Fe3O4参与了该循环历程
B.HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂
C.H2在反应历程中生成的H+起到调节体系pH的作用
D.在整个历程中,1 mol H2可还原1 mol N
2.(2023·河北廊坊期中联考)我国科研团队研究发现,稀土铈基低温耐硫脱硝催化剂的反应历程如图所示(“□”代表空位)。下列叙述错误的是(　　)
A.上述循环中S都采用sp3杂化
B.上述循环中Ce、Ti形成的共价键数目都发生了变化
C.该历程的总反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
D.每形成1 mol氢氧键,形成1 mol“空位”
3.(2024·山东潍坊期中)某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程,该历程示意图如图(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是(　　)
A.HAP能提高HCHO与O2的反应速率
B.HCHO在反应过程中,有C—H键发生断裂
C.根据图示信息,CO2分子中的氧原子全部来自O2
D.该反应可表示为HCHO+O2CO2+H2O
4.(2024·江苏徐州调研)某新型催化剂能将乙醇催化转化为乙酸和氢气,其反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.物质Ⅰ为催化剂
B.Ⅱ→Ⅲ的反应类型为氧化反应
C.该历程涉及非极性键的断裂和形成
D.该历程总反应的原子利用率为100%
5.(2024·河北沧州名校联盟改编)金属钯催化乙醇羰基化的反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.在金属钯催化下不能被羰基化的醇中,相对分子质量最小的为60
B.整个反应过程的化学方程式为CH3CH2OH+O2CH3CHO+H2O
C.反应过程中断裂和形成最多的键是Pd—H
D.反应过程中钯的化合价未发生变化
6.(2024·山东威海二模)图中展示的是乙烯催化氧化的过程(部分相关离子未画出),下列描述错误的是(　　)
A.PdC和Cu2+在反应中都是催化剂
B.该转化过程中,有极性键的断裂与形成
C.该转化过程中,涉及反应4Cu++O2+4H+===4Cu2++2H2O
D.乙烯催化氧化反应的化学方程式为CH2CH2+O2CH3CHO+H2O
7.(2024·山东泰安质检)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.含N分子参与的反应一定有电子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变
D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少
8.(2023·浙江义乌质检)一定条件下,1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成,反应如下:
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知:反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应),下列说法不正确的是(　　)
A.反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
9.(2024·山东潍坊质检)在碱性条件下,钴(Co)使某电催化析氧反应催化剂中流失Fe的原位自修复机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化析氧反应和自修复反应中的催化剂分别为Fe和CoOOH
B.随着反应的进行,溶液的pH减小
C.该过程中只有Fe、Co、O元素的化合价发生了变化
D.催化析氧反应中,生成1 mol Fe,一定析出 mol O2
热点突破练5　化学反应历程与机理的图像分析
1.(2024·辽宁丹东模拟)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,再经下列历程实现N的催化还原,进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是(　　)
A.Fe3O4参与了该循环历程
B.HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂
C.H2在反应历程中生成的H+起到调节体系pH的作用
D.在整个历程中,1 mol H2可还原1 mol N
答案　D
解析　整个过程中,1 mol H2失电子形成2 mol H+,转移2 mol电子;1 mol N得电子形成N2,转移5 mol电子,故1 mol H2可完全还原0.4 mol N,故D错误。
2.(2023·河北廊坊期中联考)我国科研团队研究发现,稀土铈基低温耐硫脱硝催化剂的反应历程如图所示(“□”代表空位)。下列叙述错误的是(　　)
A.上述循环中S都采用sp3杂化
B.上述循环中Ce、Ti形成的共价键数目都发生了变化
C.该历程的总反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
D.每形成1 mol氢氧键,形成1 mol“空位”
答案　D
解析　由反应历程图可知总反应为2NH3+2NO+O22N2+3H2O,反应每生成2 mol N2,则其中有1 mol N2是由NH3氧化得到的,有1 mol N2是由NO还原得到的,3 mol H2O中只有1 mol H2O是还原产物,C项正确;形成1 mol铈、铈之间“空位”时形成1 mol氢氧键,形成1 mol钛、铈之间“空位”时至少形成3 mol氢氧键,D项错误。
3.(2024·山东潍坊期中)某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程,该历程示意图如图(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是(　　)
A.HAP能提高HCHO与O2的反应速率
B.HCHO在反应过程中,有C—H键发生断裂
C.根据图示信息,CO2分子中的氧原子全部来自O2
D.该反应可表示为HCHO+O2CO2+H2O
答案　C
解析　A.根据图知,HAP在第一步反应中作反应物,在第二步反应中作生成物,所以是总反应的催化剂,催化剂能改变化学反应速率,因此该反应中HAP作催化剂而提高反应速率,正确;B.根据图示可以发现,甲醛分子中的两个C—H键发生断裂,故有C—H键发生断裂,正确;C.根据图知,CO2分子中的氧原子一部分来自O2,另一部分还来自于甲醛,错误;D.该反应中反应物是甲醛和氧气,生成物是二氧化碳和水,HAP为催化剂,反应方程式为HCHO+O2CO2+H2O,正确。
4.(2024·江苏徐州调研)某新型催化剂能将乙醇催化转化为乙酸和氢气,其反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.物质Ⅰ为催化剂
B.Ⅱ→Ⅲ的反应类型为氧化反应
C.该历程涉及非极性键的断裂和形成
D.该历程总反应的原子利用率为100%
答案　C
解析　由图可知,反应中物质Ⅰ消耗又生成,为反应的催化剂,A正确;Ⅱ→Ⅲ为去氢生成碳氧双键的反应,反应类型为氧化反应,B正确;该历程只涉及氢分子中氢氢非极性键的生成,不涉及非极性键的断裂,C错误;反应目的是将乙醇催化转化为乙酸和氢气,该历程总反应为C2H5OH+H2OCH3COOH+2H2↑,反应中原子全部转化到期望产品中,故原子利用率为100%,D正确。
5.(2024·河北沧州名校联盟改编)金属钯催化乙醇羰基化的反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.在金属钯催化下不能被羰基化的醇中,相对分子质量最小的为60
B.整个反应过程的化学方程式为CH3CH2OH+O2CH3CHO+H2O
C.反应过程中断裂和形成最多的键是Pd—H
D.反应过程中钯的化合价未发生变化
答案　C
解析　羟基被氧化为羰基,C原子上应连接H原子,在金属钯催化下不能被羰基化的醇中,与羟基相连的C原子上没有氢原子,最简单的是2-甲基-2-丙醇,相对分子质量为74,故A错误;由图可知,整个过程中CH3CH2OH和O2反应生成CH3CHO和H2O,化学方程式为2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O,故B错误;由图可知,反应过程中断裂和形成最多的键是Pd—H,故C正确;金属钯单质为0价,反应过程中形成了Pd—H,Pd的化合价发生变化,故D错误。
6.(2024·山东威海二模)图中展示的是乙烯催化氧化的过程(部分相关离子未画出),下列描述错误的是(　　)
A.PdC和Cu2+在反应中都是催化剂
B.该转化过程中,有极性键的断裂与形成
C.该转化过程中,涉及反应4Cu++O2+4H+===4Cu2++2H2O
D.乙烯催化氧化反应的化学方程式为CH2CH2+O2CH3CHO+H2O
答案　D
解析　过程Ⅳ消耗Cu2+,过程Ⅴ生成Cu2+,过程Ⅰ消耗PdC,过程Ⅳ生成PdC,所以PdC和Cu2+在反应中都起到催化剂的作用,故A正确;由图可知,过程Ⅱ中存在水分子中O—H断裂,过程Ⅴ生成水分子时有氢氧极性键形成,故B正确;过程Ⅴ中O2与Cu+反应生成Cu2+,反应的离子方程式为4Cu++O2+4H+===4Cu2++2H2O,故C正确;反应中,CH2CH2最终被O2氧化为CH3CHO,则乙烯催化氧化反应的化学方程式为2CH2CH2+O22CH3CHO,故D错误。
7.(2024·山东泰安质检)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.含N分子参与的反应一定有电子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变
D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少
答案　D
解析　根据反应机理图知,含N分子发生的反应有NO+·OOH===NO2+·OH、NO+NO2+H2O===2HONO、NO2+·C3H7===C3H6+HONO、HONO===NO+·OH,NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价,上述反应中均有元素化合价的升降,都为氧化还原反应,一定有电子转移,A项正确;根据图示,由NO生成HONO的反应历程有2种,B项正确;NO是催化剂,增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变,C项正确;无论反应历程如何,在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O22C3H6+2H2O,当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变,D项错误。
8.(2023·浙江义乌质检)一定条件下,1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成,反应如下:
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知:反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应),下列说法不正确的是(　　)
A.反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
答案　C
解析　A.反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应,相同物质的量的反应物,反应Ⅰ放出的热量小于反应Ⅱ放出的热量,反应放出的热量越多,其焓变越小,因此反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ,正确;B.短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多,说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率快,速率越快,其活化能越小,则反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,正确;C.产物Ⅰ和产物Ⅱ存在可逆反应,则产物Ⅱ和产物Ⅰ的比值即该可逆反应的平衡常数K,由于平衡常数只与温度有关,所以增加HCl浓度平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变,错误;D.根据图中信息,选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ,正确。
9.(2024·山东潍坊质检)在碱性条件下,钴(Co)使某电催化析氧反应催化剂中流失Fe的原位自修复机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化析氧反应和自修复反应中的催化剂分别为Fe和CoOOH
B.随着反应的进行,溶液的pH减小
C.该过程中只有Fe、Co、O元素的化合价发生了变化
D.催化析氧反应中,生成1 mol Fe,一定析出 mol O2
答案　D
解析　由图可知,催化析氧反应最终生成氧气和水,Fe为催化剂,自修复反应中Fe(OH)2与CoOOH反应生成Co(OH)2和FeOOH,在碱性条件下,Co(OH)2又生成了CoOOH,因此CoOOH为催化剂,A项正确;催化析氧反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,自修复反应为CoOOH+Fe(OH)2===FeOOH+Co(OH)2,Co(OH)2+OH--e-===CoOOH+H2O,反应过程消耗OH-,溶液的pH减小,B项正确;由图可知,该过程中只有Fe、Co、O元素的化合价发生了变化,C项正确;催化析氧反应中,生成1 mol Fe,转移3 mol e-,但是Fe会浸出流失,生成的Fe参与反应析出的O2不一定为 mol,D项错误。(共19张PPT)
热点突破练5　化学反应历程与机理的图像分析
第一篇　新高考题型突破
板块Ⅳ　化学反应的热效应、速率与平衡
1.(2024·辽宁丹东模拟)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,再经下列历程实现N的催化还原,进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是(　　)
A.Fe3O4参与了该循环历程
B.HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂
C.H2在反应历程中生成的H+起到调节体系pH的作用
D.在整个历程中,1 mol H2可还原1 mol N
D
解析　整个过程中,1 mol H2失电子形成2 mol H+,转移2 mol电子;1 mol N得电子形成N2,转移5 mol电子,故1 mol H2可完全还原0.4 mol N,故D错误。
2.(2023·河北廊坊期中联考)我国科研团队研究发现,稀土铈基低温耐硫脱硝催化剂的反应历程如图所示(“□”代表空位)。下列叙述错误的是(　　)
A.上述循环中S都采用sp3杂化
B.上述循环中Ce、Ti形成的共价键数目都发生了变化
C.该历程的总反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
D.每形成1 mol氢氧键,形成1 mol“空位”
D
3.(2024·山东潍坊期中)某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程,该历程示意图如图(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是(　　)
A.HAP能提高HCHO与O2的反应速率
B.HCHO在反应过程中,有C—H键发生断裂
C.根据图示信息,CO2分子中的氧原子全部来自O2
D.该反应可表示为HCHO+O2 CO2+H2O
C
解析　A.根据图知,HAP在第一步反应中作反应物,在第二步反应中作生成物,所以是总反应的催化剂,催化剂能改变化学反应速率,因此该反应中HAP作催化剂而提高反应速率,正确;B.根据图示可以发现,甲醛分子中的两个C—H键发生断裂,故有C—H键发生断裂,正确;C.根据图知,CO2分子中的氧原子一部分来自O2,另一部分还来自于甲醛,错误;D.该反应中反应物是甲醛和氧气,生成物是二氧化碳和水,HAP为催化剂,反应方程式为HCHO+O2 CO2+H2O,正确。
4.(2024·江苏徐州调研)某新型催化剂能将乙醇催化转化为乙酸和氢气,其反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.物质Ⅰ为催化剂
B.Ⅱ→Ⅲ的反应类型为氧化反应
C.该历程涉及非极性键的断裂和形成
D.该历程总反应的原子利用率为100%
C
5.(2024·河北沧州名校联盟改编)金属钯催化乙醇羰基化的反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
C
6.(2024·山东威海二模)图中展示的是乙烯催化氧化的过程(部分相关离子未画出),下列描述错误的是(　　)
A.PdC和Cu2+在反应中都是催化剂
B.该转化过程中,有极性键的断裂与形成
C.该转化过程中,涉及反应4Cu++O2+4H+
===4Cu2++2H2O
D.乙烯催化氧化反应的化学方程式为CH2==CH2+O2 CH3CHO+H2O
D
解析　过程Ⅳ消耗Cu2+,过程Ⅴ生成Cu2+,过程Ⅰ消耗PdC,过程Ⅳ生成PdC,所以PdC和Cu2+在反应中都起到催化剂的作用,故A正确;由图可知,过程Ⅱ中存在水分子中O—H断裂,过程Ⅴ生成水分子时有氢氧极性键形成,故B正确;过程Ⅴ中O2与Cu+反应生成Cu2+,反应的离子方程式为4Cu++O2+4H+===4Cu2++2H2O,故C正确;反应中,CH2==CH2最终被O2氧化为CH3CHO,则乙烯催化氧化反应的化学方程式为2CH2==CH2+O2 2CH3CHO,故D错误。
7.(2024·山东泰安质检)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.含N分子参与的反应一定有电子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变
D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少
D
8.(2023·浙江义乌质检)一定条件下,1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成,反应如下:
反应过程中该炔烃及反应产物的占比
随时间的变化如图(已知:反应Ⅰ、Ⅲ
为放热反应),下列说法不正确的是(　　)
A.反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
C
解析　A.反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应,相同物质的量的反应物,反应Ⅰ放出的热量小于反应Ⅱ放出的热量,反应放出的热量越多,其焓变越小,因此反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ,正确;B.短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多,说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率快,速率越快,其活化能越小,则反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,正确;C.产物Ⅰ和产物Ⅱ存在可逆反应,则产物Ⅱ和产物Ⅰ的比值即该可逆反应的平衡常数K,由于平衡常数只与温度有关,所以增加HCl浓度平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变,错误;D.根据图中信息,选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ,正确。
9.(2024·山东潍坊质检)在碱性条件下,钴(Co)使某电催化析氧反应催化剂中流失Fe的原位自修复机理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化析氧反应和自修复反应中的催化剂
分别为Fe和CoOOH
B.随着反应的进行,溶液的pH减小
C.该过程中只有Fe、Co、O元素的化合价发生了变化
D.催化析氧反应中,生成1 mol Fe,一定析出 mol O2
D
解析　由图可知,催化析氧反应最终生成氧气和水,Fe为催化剂,自修复反应中Fe(OH)2与CoOOH反应生成Co(OH)2和FeOOH,在碱性条件下,Co(OH)2又生成了CoOOH,因此CoOOH为催化剂,A项正确;催化析氧反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,自修复反应为CoOOH+Fe(OH)2===FeOOH+Co(OH)2,Co(OH)2+ OH--e-===CoOOH+H2O,反应过程消耗OH-,溶液的pH减小,B项正确;由图可知,该过程中只有Fe、Co、O元素的化合价发生了变化,C项正确;催化析氧反应中,生成1 mol Fe,转移3 mol e-,但是Fe会浸出流失,生成的Fe参与反应析出的O2不一定为 mol,D项错误。

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