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题型突破1　化学反应的能量、能垒变化图像分析
1.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的X(g),发生下列反应:X(g)Y(g)(ΔH1<0),Y(g)Z(g)(ΔH2<0),测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是(　　)
2.(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
3.(2024·北京卷)苯在浓HNO3和浓H2SO4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π键没有变化
D.对于生成Y的反应,浓H2SO4作催化剂
4.(2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(下图)中,M为中间产物。其它条件相同时,下列说法不正确的是(　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大
C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
5.(2023·湖南卷改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　)
A.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅰ是吸热反应
1.反应历程
(1)化学动力学与反应历程
化学动力学是研究化学反应进行的速率和反应历程(即机理)的科学。所谓反应历程就是反应物按什么途径,经过哪些步骤,才能转化为最终产物。选择适当的反应途径,可以使热力学由预期转变为现实。
(2)基元反应与非基元反应
例如H++OH-===H2O,反应几乎没有过程,瞬间平衡一步到位,称为简单反应;而2HI===H2+I2的实际机理是分两步进行的,每一步都是一个基元反应:2HI→H2+2I·、2I·→I2 ,存在未成对电子的微粒称为自由基,反应活性高,寿命短,2HI===H2+I2称为非基元反应。
2.过渡态与中间体
(1)过渡态
A+B-C→[A…B…C]→A-B+C
提醒:①以上为一种基元反应,其中正反应活化能Ea正=b-a,逆反应活化能Ea逆=b-c,ΔH=Ea正-Ea逆。②过渡态(A…B…C)不稳定。
(2)中间体
提醒:处于能量最高点的是反应的过渡态,在多步反应中两个过渡态之间的是中间体,中间体很活泼,寿命很短,但是会比过渡态更稳定些。
3.催化机理能垒图
(1)在催化机理能垒图中,有几个活化状态,就有几个基元反应。可以用图中每步基元反应前后的活性物质,写出其热化学方程式。注意:如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV),焓变应转化成每摩尔。
(2)每步基元反应的快慢取决于其能垒的大小,能垒越大,反应速率越慢。
例如:在Rh催化下,甲酸分解制H2反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面,该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为HCOOH*===HCOO*+H*;甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为HCOOH(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH=-0.16NA eV·mol-1(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
1.(2024·江苏连云港模拟)氢气可将CO2还原为甲烷:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),科学家研究在催化剂表面上CO2与H2反应的前三步历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法正确的是(　　)
A.起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂
B.该转化反应的速率取决于Ts2的能垒
C.前三步历程中最小能垒步骤的化学方程式为·CO+3H2(g)+H2O(g)===·CO+·OH+·H+3H2(g)
D.物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会放出热量
2.(2024·山东德州质检)亚硝酰氯在有机合成中有重要应用。2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)的反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化剂能提高反应物的相对能量
B.相对于曲线Ⅱ,曲线Ⅰ表示加入催化剂
C.曲线Ⅱ正反应的活化能为15.5 kJ·mol-1
D.2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)　ΔH=-77.1 kJ·mol-1
3.(2024·山东潍坊质检)自由基是化学键断裂时产生的含未成对电子的中间体,活泼自由基与氧气的反应一直是科研人员的关注点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.反应物的键能总和大于生成物的键能总和
B.产物P1与P2的分子式、氧元素的化合价均相同
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ
D.相同条件下,Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2)
4.(2024·山东青岛模拟)如图表示2-甲基-2-溴丙烷发生水解的反应历程,下列说法正确的是(　　)
A.由图可知反应有两个过渡态,无法判断反应的热效应
B.增大c(NaOH),总反应的速率会增大
C.反应中存在C—Br的断裂和C—O的形成
D.若第一阶段转化率为30%,第二阶段转化率为40%,则最终产物的产率为12%
5.(2024·江苏镇江质检)从海水中提取铀,可用Fe—Nx—C—R作催化剂,其简化反应机理及能量与反应历程的关系分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是(　　)
A.该反应机理中Fe元素化合价发生了变化
B.增加OH-的物质的量浓度可以加快反应速率
C.该反应的决速步为②→④
D.Na2O(UO3·H2O)x为固态,便于从海水中提取
题型突破1　化学反应的能量、能垒变化图像分析
1.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的X(g),发生下列反应:X(g)Y(g)(ΔH1<0),Y(g)Z(g)(ΔH2<0),测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是(　　)
答案　B
解析　由题图可知,生成Y的速率大于生成Z的速率,则第一步反应的活化能比第二步反应的活化能小,C项、D项错误;结合ΔH1、ΔH2均小于0可知,两步反应均为放热反应,故反应物总能量高于生成物总能量,则能量:X>Y>Z,A项错误,B项正确。
2.(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　A.由能量变化图可知,E2=0.70 eV-(-0.71 eV)=1.41 eV,A项正确;B.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;C.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;D.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。
3.(2024·北京卷)苯在浓HNO3和浓H2SO4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π键没有变化
D.对于生成Y的反应,浓H2SO4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—NO2相连的C为sp3杂化,苯中大π键发生改变,故C错误;D.苯的硝化反应中浓H2SO4作催化剂,故D正确。
4.(2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(下图)中,M为中间产物。其它条件相同时,下列说法不正确的是(　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大
C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
答案　C
解析　A.由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;B.由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;C.由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;D.由图可知在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低反应速率较快,后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
5.(2023·湖南卷改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　)
A.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅰ是吸热反应
答案　A
解析　A.由图可知,在进程Ⅳ中Z只是和S、P形成S·Z或者P·Z,并没有体现催化作用,正确;B.Ⅱ中X为催化剂,催化剂不能改变反应限度,错误;C.图中显示Ⅲ反应的活化能大于Ⅱ反应的活化能,因此生成P的速率Ⅱ>Ⅲ,错误;D.过程Ⅰ反应物能量高于生成物能量是放热反应,错误。
命题立意:催化剂可以改变的两个方面:一是改变反应历程,二是降低反应的活化能;催化剂不能改变的两个方面:一是反应焓变,二是平衡转化率。试题以催化剂在反应中的表现为素材,考查学生对催化剂、能量变化等的认识,涉及反应热、催化剂对化学反应速率和平衡的影响等必备知识。此类试题以反应历程中的能量变化图示为载体,考查学生的信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。
1.反应历程
(1)化学动力学与反应历程
化学动力学是研究化学反应进行的速率和反应历程(即机理)的科学。所谓反应历程就是反应物按什么途径,经过哪些步骤,才能转化为最终产物。选择适当的反应途径,可以使热力学由预期转变为现实。
(2)基元反应与非基元反应
例如H++OH-===H2O,反应几乎没有过程,瞬间平衡一步到位,称为简单反应;而2HI===H2+I2的实际机理是分两步进行的,每一步都是一个基元反应:2HI→H2+2I·、2I·→I2 ,存在未成对电子的微粒称为自由基,反应活性高,寿命短,2HI===H2+I2称为非基元反应。
2.过渡态与中间体
(1)过渡态
A+B-C→[A…B…C]→A-B+C
提醒:①以上为一种基元反应,其中正反应活化能Ea正=b-a,逆反应活化能Ea逆=b-c,ΔH=Ea正-Ea逆。②过渡态(A…B…C)不稳定。
(2)中间体
提醒:处于能量最高点的是反应的过渡态,在多步反应中两个过渡态之间的是中间体,中间体很活泼,寿命很短,但是会比过渡态更稳定些。
3.催化机理能垒图
(1)在催化机理能垒图中,有几个活化状态,就有几个基元反应。可以用图中每步基元反应前后的活性物质,写出其热化学方程式。注意:如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV),焓变应转化成每摩尔。
(2)每步基元反应的快慢取决于其能垒的大小,能垒越大,反应速率越慢。
例如:在Rh催化下,甲酸分解制H2反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面,该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为HCOOH*===HCOO*+H*;甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为HCOOH(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH=-0.16NA eV·mol-1(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
1.(2024·江苏连云港模拟)氢气可将CO2还原为甲烷:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),科学家研究在催化剂表面上CO2与H2反应的前三步历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法正确的是(　　)
A.起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂
B.该转化反应的速率取决于Ts2的能垒
C.前三步历程中最小能垒步骤的化学方程式为·CO+3H2(g)+H2O(g)===·CO+·OH+·H+3H2(g)
D.物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会放出热量
答案　A
解析　根据图示可知,起始到Ts1历程中H2分子部分变成·H,则发生了H—H非极性共价键的断裂,A项正确;在前三步历程中,Ts1的能垒最大,为决速反应,B项错误;从图中可知,在前三步历程中,Ts3的能垒最低,此步反应的化学方程式为·CO+·OH+·H+3H2(g)===·CO+3H2(g)+H2O(g),C项错误;由过渡态的能量变化可知,物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程能量升高,吸收热量,D项错误。
2.(2024·山东德州质检)亚硝酰氯在有机合成中有重要应用。2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)的反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化剂能提高反应物的相对能量
B.相对于曲线Ⅱ,曲线Ⅰ表示加入催化剂
C.曲线Ⅱ正反应的活化能为15.5 kJ·mol-1
D.2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)　ΔH=-77.1 kJ·mol-1
答案　A
解析　催化剂能降低“过渡态”物质的相对能量,使活化能降低,A项错误、B项正确;曲线Ⅱ正反应的活化能为196 kJ·mol-1-180.5 kJ·mol-1=15.5 kJ·mol-1,C项正确;反应热等于生成物的总能量与反应物的总能量之差,即ΔH=103.4 kJ·mol-1-180.5 kJ·mol-1=-77.1 kJ·mol-1,D项正确。
3.(2024·山东潍坊质检)自由基是化学键断裂时产生的含未成对电子的中间体,活泼自由基与氧气的反应一直是科研人员的关注点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.反应物的键能总和大于生成物的键能总和
B.产物P1与P2的分子式、氧元素的化合价均相同
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ
D.相同条件下,Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2)
答案　D
解析　由图可知,反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,则反应物总键能小于生成物的总键能,A错误;产物P1与P2的分子式均为HNO3,但产物P1结构中存在“—O—O—”,其中氧元素的化合价为-1,而产物P2中氧元素的化合价为-2,两者氧元素的化合价不同,B错误;最大的正反应的活化能出现在由中间产物Z到过渡态Ⅳ时,故最大正反应的活化能E正=-18.92 kJ·mol-1-(-205.11 kJ·mol-1)=186.19 kJ·mol-1,C错误;相同条件下,反应所需的活化能越小,反应速率越快,由图可知,Z转化为产物P1所需活化能更小,反应速率更快,D正确。
4.(2024·山东青岛模拟)如图表示2-甲基-2-溴丙烷发生水解的反应历程,下列说法正确的是(　　)
A.由图可知反应有两个过渡态,无法判断反应的热效应
B.增大c(NaOH),总反应的速率会增大
C.反应中存在C—Br的断裂和C—O的形成
D.若第一阶段转化率为30%,第二阶段转化率为40%,则最终产物的产率为12%
答案　C
解析　由图可知,反应物的总能量比生成物的总能量高,反应为放热反应,A项错误;反应分两步进行,第一步反应的活化能大,是反应的决速步骤,但是第一步反应没有NaOH参与,增大c(NaOH),总反应的速率不会增大,B项错误;反应中有C—Br的断裂和C—O的形成,C项正确;产率是目标产物的实际产量与理论产量的比值,而转化率是反应物反应的百分数,由转化率无法计算产物的产率,D项错误。
5.(2024·江苏镇江质检)从海水中提取铀,可用Fe—Nx—C—R作催化剂,其简化反应机理及能量与反应历程的关系分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是(　　)
A.该反应机理中Fe元素化合价发生了变化
B.增加OH-的物质的量浓度可以加快反应速率
C.该反应的决速步为②→④
D.Na2O(UO3·H2O)x为固态,便于从海水中提取
答案　B
解析　U中U的化合价为+6价,U中U的化合价为+5价,由反应机理可知,U→U中U元素化合价发生变化,再结合氧化还原规律可知Fe元素化合价发生变化,A正确;由图甲所示反应机理可知,H+、OH-均为反应物,若增加OH-的物质的量浓度会消耗H+,可能会使反应速率减小,B错误;活化能②→④:+27.8 eV-(-47.2 eV)=+75.0 eV,④→⑥:+41.3 eV-(-21.9 eV)=+63.2 eV,⑥→⑧:+13.6 eV-(-32.3 eV)=+45.9 eV,由此可知②→④活化能最大,是决定该反应速率的步骤,C正确;从便于提取角度思考,铀在海水中以化合物的形式存在,从海水中提取铀,则铀的固态化合物更利于提取收集,D正确。(共27张PPT)
第一篇　新高考题型突破
题型突破选择题　题型突破1　化学反应的能量、能垒变化图像分析
真题导航
核心整合
模拟预测
板块Ⅳ　化学反应的热效应、速率与平衡
B
解析　由题图可知,生成Y的速率大于生成Z的速率,则第一步反应的活化能比第二步反应的活化能小,C项、D项错误;结合ΔH1、ΔH2均小于0可知,两步反应均为放热反应,故反应物总能量高于生成物总能量,则能量:X>Y>Z,A项错误,B项正确。
2.(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
C
解析　A.由能量变化图可知,E2=0.70 eV-(-0.71 eV)=1.41 eV,A项正确;B.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;C.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;D.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。
3.(2024·北京卷)苯在浓HNO3和浓H2SO4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π键没有变化
D.对于生成Y的反应,浓H2SO4作催化剂
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—NO2相连的C为sp3杂化,苯中大π键发生改变,故C错误;D.苯的硝化反应中浓H2SO4作催化剂,故D正确。
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大
C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
C
解析　A.由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;B.由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;C.由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;D.由图可知在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低反应速率较快,后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
5.(2023·湖南卷改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　)
A.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅰ是吸热反应
A
解析　A.由图可知,在进程Ⅳ中Z只是和S、P形成S·Z或者P·Z,并没有体现催化作用,正确;B.Ⅱ中X为催化剂,催化剂不能改变反应限度,错误;C.图中显示Ⅲ反应的活化能大于Ⅱ反应的活化能,因此生成P的速率Ⅱ>Ⅲ,错误;D.过程Ⅰ反应物能量高于生成物能量是放热反应,错误。
命题立意:催化剂可以改变的两个方面:一是改变反应历程,二是降低反应的活化能;催化剂不能改变的两个方面:一是反应焓变,二是平衡转化率。试题以催化剂在反应中的表现为素材,考查学生对催化剂、能量变化等的认识,涉及反应热、催化剂对化学反应速率和平衡的影响等必备知识。此类试题以反应历程中的能量变化图示为载体,考查学生的信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。
1.反应历程
(1)化学动力学与反应历程
化学动力学是研究化学反应进行的速率和反应历程(即机理)的科学。所谓反应历程就是反应物按什么途径,经过哪些步骤,才能转化为最终产物。选择适当的反应途径,可以使热力学由预期转变为现实。
(2)基元反应与非基元反应
例如H++OH-===H2O,反应几乎没有过程,瞬间平衡一步到位,称为简单反应;而2HI===H2+I2的实际机理是分两步进行的,每一步都是一个基元反应:2HI→H2+2I·、2I·→I2 ,存在未成对电子的微粒称为自由基,反应活性高,寿命短,2HI===H2+I2称为非基元反应。
2.过渡态与中间体
(1)过渡态
A+B-C→[A…B…C]→A-B+C
提醒:①以上为一种基元反应,其中正反应活化能Ea正=b-a,逆反应活化能Ea逆=b-c,ΔH=Ea正-Ea逆。②过渡态(A…B…C)不稳定。
(2)中间体
提醒:处于能量最高点的是反应的过渡态,在多步反应中两个过渡态之间的是中间体,中间体很活泼,寿命很短,但是会比过渡态更稳定些。
3.催化机理能垒图
(1)在催化机理能垒图中,有几个活化状态,就有几个基元反应。可以用图中每步基元反应前后的活性物质,写出其热化学方程式。注意:如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV),焓变应转化成每摩尔。
(2)每步基元反应的快慢取决于其
能垒的大小,能垒越大,反应速率
越慢。
例如:在Rh催化下,甲酸分解制H2
反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面,该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为____________________________________;甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为____________________________________________________ (阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
HCOOH*===HCOO*+H*
HCOOH(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH=-0.16NA eV·mol-1
A.起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂
B.该转化反应的速率取决于Ts2的能垒
C.前三步历程中最小能垒步骤的化学方程式为
·CO+3H2(g)+H2O(g)===·CO+·OH+·H+3H2(g)
D.物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会
放出热量
A
解析　根据图示可知,起始到Ts1历程中H2分子部分变成·H,则发生了H—H非极性共价键的断裂,A项正确;在前三步历程中,Ts1的能垒最大,为决速反应,B项错误;从图中可知,在前三步历程中,Ts3的能垒最低,此步反应的化学方程式为·CO+·OH+·H+3H2(g)===·CO+3H2(g)+H2O(g),C项错误;由过渡态的能量变化可知,物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程能量升高,吸收热量,D项错误。
2.(2024·山东德州质检)亚硝酰氯在有机合成中有重要应用。2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)的反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.催化剂能提高反应物的相对能量
B.相对于曲线Ⅱ,曲线Ⅰ表示加入催化剂
C.曲线Ⅱ正反应的活化能为15.5 kJ·mol-1
D.2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g)　
ΔH=-77.1 kJ·mol-1
A
解析　催化剂能降低“过渡态”物质的相对能量,使活化能降低,A项错误、B项正确;曲线Ⅱ正反应的活化能为196 kJ·mol-1-180.5 kJ·mol-1=15.5 kJ·mol-1,C项正确;反应热等于生成物的总能量与反应物的总能量之差,即ΔH=103.4 kJ·mol-1-180.5 kJ·mol-1=-77.1 kJ·mol-1,D项正确。
3.(2024·山东潍坊质检)自由基是化学键断裂时产生的含未成对电子的中间体,活泼自由基与氧气的反应一直是科研人员的关注点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.反应物的键能总和大于生成物的键能总和
B.产物P1与P2的分子式、氧元素的化合价均相同
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ
D.相同条件下,Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2)
D
解析　由图可知,反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,则反应物总键能小于生成物的总键能,A错误;产物P1与P2的分子式均为HNO3,但产物P1结构中存在“—O—O—”,其中氧元素的化合价为-1,而产物P2中氧元素的化合价为-2,两者氧元素的化合价不同,B错误;最大的正反应的活化能出现在由中间产物Z到过渡态Ⅳ时,故最大正反应的活化能E正=-18.92 kJ·mol-1-(-205.11 kJ·mol-1)=186.19 kJ·mol-1,C错误;相同条件下,反应所需的活化能越小,反应速率越快,由图可知,Z转化为产物P1所需活化能更小,反应速率更快,D正确。
4.(2024·山东青岛模拟)如图表示2-甲基-2-溴丙烷发生水解的反应历程,下列说法正确的是(　　)
A.由图可知反应有两个过渡态,无法判断反应的
热效应
B.增大c(NaOH),总反应的速率会增大
C.反应中存在C—Br的断裂和C—O的形成
D.若第一阶段转化率为30%,第二阶段转化率为
40%,则最终产物的产率为12%
C
解析　由图可知,反应物的总能量比生成物的总能量高,反应为放热反应,A项错误;反应分两步进行,第一步反应的活化能大,是反应的决速步骤,但是第一步反应没有NaOH参与,增大c(NaOH),总反应的速率不会增大,B项错误;反应中有C—Br的断裂和C—O的形成,C项正确;产率是目标产物的实际产量与理论产量的比值,而转化率是反应物反应的百分数,由转化率无法计算产物的产率,D项错误。
5.(2024·江苏镇江质检)从海水中提取铀,可用Fe—Nx—C—R作催化剂,其简化反应机理及能量与反应历程的关系分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是(　　)
A.该反应机理中Fe元素化合价发生了变化
B.增加OH-的物质的量浓度可以加快反应速率
C.该反应的决速步为②→④
D.Na2O(UO3·H2O)x为固态,便于从海水中提取
B
解析　U中U的化合价为+6价,U中U的化合价为+5价,由反应机理可知,U→U中U元素化合价发生变化,再结合氧化还原规律可知Fe元素化合价发生变化,A正确;由图甲所示反应机理可知,H+、OH-均为反应物,若增加OH-的物质的量浓度会消耗H+,可能会使反应速率减小,B错误;活化能②→④:+27.8 eV-(-47.2 eV)=+75.0 eV,④→⑥:+41.3 eV-(-21.9 eV)=+63.2 eV,⑥→⑧:+13.6 eV-(-32.3 eV)=+45.9 eV,由此可知②→④活化能最大,是决定该反应速率的步骤,C正确;从便于提取角度思考,铀在海水中以化合物的形式存在,从海水中提取铀,则铀的固态化合物更利于提取收集,D正确。

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