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热点题型04 化学反应机理探究与分析
本热点在高考中主要要求学生认识化学反应的本质是有新物质生成，并伴有能量的变化，能多角度、动态地分析热化学方程式，运用化学原理解决实际问题。反应历程或机理图像一般取材于实际科研成果，充分体现了化学反应的本质，高考常以此为载体考查反应原理、活化能、反应热等知识，是近年高考的命题热点，此类试题难点是需要学生能从陌生图像中提取有效信息进行解题。
考查的核心素养有：①宏观辨识与微观探析：学会分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系；②变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能从多角度、动态地分析热化学方程式。③科学态度与社会责任：赞赏化学对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
预测2025年高考：反应历程是指化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径，因为化学变化从根本上来说，就是旧键的破裂和新键的生成。反应的历程能够反映出物质结构和反应能力之间的关系，从而可以加深我们对于物质运动形态的认识。近年新高考中主要集中考查化学反应中能量变化有关概念的理解及计算，主要涉及能量变化的本质，以图象的形式表示能量变化过程的分析，能量历程转化常以图象形式出现在选择题中。
一、基元反应和过渡态理论
1．基元反应
(1)大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，其中每一步反应都称为基元反应。
(2)基元反应速率方程
对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。
2．反应机理
基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)，基元反应的总和称为总反应。由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。
例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I2??I·＋I·(快)
②H2＋2I·===2HI(慢)其中慢反应为整个反应的决速步骤。
3．过渡态理论
(1)化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能的过渡态，处于过渡态的分子叫做活化络合物。活化络合物是一种高能量的不稳定的反应物原子组合体，它能较快地分解为新的能量较低的较稳定的生成物。
(2)活化能(Ea)是处在过渡态的活化络合物分子平均能量与反应物分子平均能量的差值。
4．催化剂与反应历程
(1)催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大化学反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，反应速率较大；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea1')较大，反应速率较小。
使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH不变。
(2)加入催化剂后的反应历程
如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行：
①A+K→AK 活化能为Ea1（慢反应）
②AK+B→AB+K 活化能为Ea2(快反应)
总反应：A+BAB 活化能为Ea1
加入催化剂K后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。
由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”，第1步反应越快，则整体反应速率就越快。因此对总反应来说，第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
常见图像的解读
图像 解读
(1)在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；E1－E2为此反应的焓变(ΔH) (2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为多个)，反应①为吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应 (3)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小
二、能垒图像的分析与应用
在化学反应过程中，反应前后能量会发生变化。能垒指的是由于化学反应的成功发生对于反应物到达能量高的过渡态的过程的依赖性而产生的一个“阻碍”，只有一部分有足够能量的分子才能跨越能垒进行反应，每一个小的分步反应的从较低能量到过渡态所吸收的能量，可以理解成ΔH-t图中“爬坡”的阶段，这些阶段的吸收的能量都是能垒。
1．催化剂与化学反应
(1)在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；E1－E2为此反应的焓变(ΔH)。
(2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为多个，如模拟演练题1中图像所表示的)，反应①为吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应。
(3)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小
2．能垒与决速步骤
能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成为慢反应。
例如图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤。
注意：
①能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。
②用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。
③相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。
三、循环转化机理图像的分析与应用
1．“环式”反应过程
“入环”的物质为反应物，如图中的①④；位于“环上”的物质为催化剂或中间体，如图中的⑤⑥⑦⑧；“出环”的物质为生成物，如图中的②③；由反应物和生成物可快速得出总反应方程式。
2．催化剂与中间产物
1,2-丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理
催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。
中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。
在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的物质，(产物一般多是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质)与之同时反应的就是催化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则是这个循环中的任何一个环节。如下图中，MoO3则是该反应的催化剂，图中剩余的三个物质均为中间产物。
（建议用时：40分钟）
考向01 化学反应机理过渡态图像的分析与应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）亚硝酸HONO是天气中的一种污染物，在人体中会发生度应产生毒性更强的亚硝酸胺[]，反应机理为，该反应机理对应的能量变化关系如图，已知反应中所涉及物质的分子中各原子最外层电子均达到稳定结构。下列说法不正确的是
A．过程ⅰ为决速步骤
B．亚硝酸的电子式为
C．过程ⅰ与ⅱ活化能的差值等于总反应的焓变
D．过程ⅰ、ⅱ分别属于加成反应与消去反应
2．（2024·山西太原·三模）1，3－丁二烯是一种非常重要的有机合成原料，其分子中存在大π键，与等物质的量的溴化氢发生加成反应的势能变化如图所示，下列说法错误的是（设为阿伏加德罗常数的值）
A．54g 1，3－丁二烯含碳碳双键的数目为2
B．1，3－丁二烯加聚反应产物的链节有两种，其中一种有顺反异构
C．1，3－丁二烯在一定条件下可生成，该分子中含有手性碳
D．1，3－丁二烯与等物质的量溴化氢的加成分两步进行，和分别表示生成两种产物的反应的第二步反应活化能
3．（2024·河南·三模）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．催化剂将总反应活化能降低
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．升高温度，总反应的反应速率增大，平衡转化率降低
D．总反应的热化学方程式为
4．（2024·云南昭通·模拟预测）电喷雾电离等方法得到的(等)与反应可得，与反应能高选择性地生成甲醇，方程式为，分别与、(D代表氘)反应，一定条件下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、步骤Ⅱ均为放热反应
B．与反应的能量变化应为图中曲线a
C．与反应，氘代甲醇的产量
D．该反应既有极性键的断裂又有极性键和非极性键的生成
5．（2024·四川南充·一模）臭氧分解反应以及氯自由基()催化臭氧分解反应过程中的能量变化如图，存在时先后发生反应和。下列说法正确的是
A．既可加快臭氧分解反应速率，也可改变该反应热
B．图示所呈现总反应为
C．
D．催化臭氧分解的反应速率由第二步反应决定
6．（2025·宁夏陕西·模拟预测）一定温度下，恒容密闭容器中，物质Z发生反应，一段时间后开始计时，测得各物质的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是
A．曲线Ⅰ代表物质X，曲线Ⅲ代表物质Z
B．图中时刻的正反应速率大于时刻
C．若升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
D．，用物质Y表示的平均反应速率为
7．（2024·宁夏银川·调研）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，甲醇与水(各物质均为气态)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Ⅱ的热化学方程式为：
B．和的总能量大于和的总能量
C．选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能，有利于减少过程中的能耗
D．在反应中生成又消耗，可认为是催化剂
8．（2024·河南·模拟预测）已知和经过两种途径转化为的反应如下：途径Ⅰ：①；②；途径Ⅱ：③；④。其反应过程的能量变化如图所示，已知的单位为。
下列说法错误的是
A．途径Ⅰ中反应的
B．途径Ⅱ中转化为的反应速率是由反应③决定的
C．途径Ⅰ和途径Ⅱ总反应的焓变：
D．途径Ⅱ过程中，物质很难大量积累
考向02 化学反应机理能垒图像的分析与应用
1．（2024·山西·模拟预测）在Ni的活化下可放出，其反应历程如下图所示。下列关于该反应历程的说法正确的是
A．该反应历程的决速步反应是中间体2→过渡态2
B．此反应过程中有极性键和非极性键的断裂和生成
C．整个过程中Ni是该反应的催化剂
D．该反应过程中共包含4个基元反应
2．（2024·云南·模拟预测）可活化放出，其反应历程如图所示。下列关于活化历程的说法正确的是
A．总反应为
B．在此反应过程中的成键数目没有发生变化
C．在此反应过程中涉及非极性键的断裂和生成
D．决速步骤：中间体中间体2
3．（2024·云南·模拟预测）近年，我国科学家利用两种不同的纳米催化剂在室温水汽条件下实现高效催化氧化，其反应历程中相对能量的变化如图所示（分别代表过渡态1、过渡态2、过渡态3），下列说法正确的是
A．在该条件下，催化效果较好的催化剂是，故使用催化剂能提高反应物的转化率
B．若利用进行同位素标记实验，检测到以上反应中有和生成，说明反应过程中有键的断裂
C．反应：的，该反应在低温时不能自发进行
D．若ⅱ表示被吸附在催化剂表面，则更容易吸附
4．（2025·四川·模拟预测） 恒容反应器中，和均能催化反应：(羟基乙醛)，反应历程如图所示，为中间体，为过渡态。
下列描述正确的是
A．“插入”步骤，为
B．催化作用下，“加氢”步骤为决速步骤
C．催化作用下，羟基乙醛的生成速率更小
D．反应达平衡时，升高温度，羟基乙醛的浓度增大
5．（2024·四川自贡·一模）碳酸二甲酯是一种低毒、性能优良的有机合成中间体，科学家提出了新的合成方案（吸附在固体催化剂表面上的物种用*标注），反应机理如图所示。
下列说法正确的是
A．反应过程中除固体催化剂外，还使用了做催化剂
B．反应进程中决速步骤的能垒为
C．第3步的基元反应方程式为：
D．升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向逆反应方向移动
6．（2024·山西大同·模拟预测）氢能是一种重要的清洁能源，由HCOOH可以制得H2。在催化剂作用下，HCOOH催化释放氢的反应机理和相对能量的变化情况分别如图1和图2所示。下列叙述错误的是
A．HCOOH催化释放氢的过程中有极性键的断裂和非极性键的形成
B．HCOOD催化释放氢反应除生成CO2外，还生成HD
C．在催化剂表面解离C—H键比解离O—H键难
D．HCOOH催化释放氢的热化学方程式为：　
7．（2024·山西·一模）CO与在催化剂作用下可生成与减少环境污染。其中在铁催化剂表面进行的反应可分为两步反应，其相对能量与反应历程的关系如下图所示，下列说法错误的是
A．分子的中心原子N和分子的中心原子C的杂化类型不相同
B．基态原子的第一电离能：N>O>C>Fe
C．该过程的决速步反应为
D．Fe*为反应的催化剂，FeO*为反应的中间产物
8．（2024·河南·模拟预测）据某课题组研究，以或为催化剂，和通过电解能直接合成尿素，其反应历程和能量变化如下图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
下列叙述不正确的是
A．和都是非极性分子
B．物种从催化剂表面脱附吸收能量
C．尿素是电催化装置的阳极产物
D．以为催化剂更有利于的转化
考向03 化学反应机理循环转化机理图像的分析与应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）为早日实现“碳中和碳达峰”目标，科学家提出用钌(Ru)基催化剂催化和反应生成HCOOH．反应机理如图所示，已知当生成46g液态HCOOH时放出31.2kJ的热量。下列说法正确的是
A．反应历程中存在极性键、非极性键的断裂与形成
B．物质Ⅰ为该反应的催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间产物
C．催化剂能降低活化能，加快反应速率，改变反应热，从而提高转化率
D．通过和反应制备液态HCOOH，每转移1mol，放出31.2kJ的热量
2．（2024·河南·三模）研究表明，光催化剂Ti-CNO对与氧化苯乙烯环加成生成碳酸苯乙烯酯表现出优异的光热催化活性和稳定性，其反应机理如图所示(部分微粒未标出)：
已知：TBAB的结构简式为；—Ph代表苯基。
下列叙述错误的是
A．若基态钛原子的价电子轨道表示式为，则违背了泡利原理和洪特规则
B．TBAB中氮原子的杂化类型为，氮元素显＋5价
C．转化为的过程中，碳氢极性键断裂
D．在“碱性点位”上得电子发生还原反应
3．（2024·山西太原·一模）某催化剂催化烯烃醛基化的过程如图。下列说法正确的是
A．配合物的配体CO中提供孤对电子的是O原子
B．如图循环转化过程中既存在σ、π键的断裂，也存在σ、π键的形成
C．烯制备醛的总反应：
D．用酸性KMnO4溶液鉴别产物RCH2CH2CHO中是否含有未完全转化的RCH=CH2
4．（2024·山西晋中·二模）硅醚类化合物广泛应用于有机合成、分离分析和精细化工等领域，我国科研工作者开发了一种无催化剂下醇的高效硅基化新方法，反应机理如图所示[代表，代表烃基(一般指相应的烃失去一个氢原子后剩下的基团)]。下列说法不正确的是
A．总反应属于取代反应
B．反应过程中碳原子的成键数目不变
C．反应过程中氮原子的价层电子对数目减少
D．当为甲醇时，反应产物为和
5．（2024·山西晋中·三模）还原是实现“双碳”经济的有效途径之一。在密闭容器中(和按物质的量之比1：3投料，反应经如图所示的流程(主要产物已标出)可实现的高效转化。
下列说法正确的是
A．该反应的催化剂为和
B．过程iii在恒压条件下通入He，有利于增加CO的产量
C．过程i、ii、iii均涉及置换反应
D．每生成4mol的CO，转移的电子数约为
6．（2024·山西临汾·二模）点击化学代表反应为一价铜催化炔基与叠氮基发生环加成反应，其反应原理如图所示。下列叙述错误的是
A．一价铜降低了反应的活化能，但不影响焓变
B．此过程总反应的原子利用率为
C．依据该反应机理可以发生反应：
D．反应过程中存在极性键的断裂和形成
7．（2024·山西·一模）催化还原氮氧化物是目前应用最广泛的烟气脱硝技术。用活化的作催化剂，将还原成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的成键数未发生变化
D．该催化反应的总反应为
8．（2024·河南·模拟预测）碳酸氢钠催化氢化制备甲酸盐是现代储氢的新研究方向，其可能的反应历程如图所示。
下列说法错误的是
A．物质L和均为反应的催化剂
B．反应过程中发生了极性键和非极性键的断裂和形成
C．总反应的离子方程式为
D．用代替，反应可得
1．（2024·河南郑州·模拟预测）甲烷化是实现“碳中和”“碳达峰”的有效手段。该过程的总反应为，此反应可理解为分两步完成，反应过程如下：
①；
②
回答下列问题：
(1)甲烷化的技术核心是催化剂的选择。图甲是两种不同催化剂条件下反应相同时间，转化率和选择性随温度的变化。
对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是 ，使用的合适温度为 。
(2)在某温度下，向恒容密闭容器中充入和，初始压强为，反应经达到平衡，此时，，则总反应的 。该温度下反应①的 (用平衡分压代替平衡浓度)；在该平衡体系，若保持温度不变压缩容器的容积，的物质的量 (填“增加”“减小”或“不变”)。
(3)为研究反应过程的热效应，一定温度范围内对上述反应的平衡常数进行计算，得的线性关系如图乙。则温度下 。
(4)恒压、时，和按物质的量之比投料，经图丙的反应过程(主要产物已标出)可实现的高效转化。
①下列说法正确的是 (填序号)。
A．可循环利用，不可循环利用
B．过程ii吸收可促使氧化反应的平衡正向移动
C．过程ii产生的最终未被吸收，在过程ⅲ被排出
②过程ii平衡后通入，保持恒压条件，测得一段时间内物质的量上升，根据过程iii，结合平衡移动原理，解释物质的量上升的原因： 。
2．（2024·山西晋中·二模）CO2和CH4合成CH3COOH对实现“碳中和”目标具有重要意义。回答下列问题：
(1)25℃时，CH4和CH3COOH的燃烧热分别为890.3kJ·mol-1和873.7kJ·mol-1，写出CO2和CH4合成CH3COOH(l)的热化学方程式 。
(2)在硫酸酸化的ZrO2催化剂表面发生反应时，涉及多个基元反应，反应经历pathA，pathB两个路径，其能量变化如下图所示。吸附在催化剂表面的物种用*标注，TS1、TS2、TS3表示过渡态。
①物质从催化剂表面脱附的过程 (填“放出热量”或“吸收热量”)。
②上述基元反应pathA路径中，速率最慢的一步的反应方程式为 。
③pathA和pathB路径相比， 更容易进行。
(3)已知能自发进行， ，下列说法正确的是___________。
A．25℃时，该反应能自发进行
B．降低温度能提高CH4的平衡转化率
C．，反应达平衡状态
D．温度越高反应速率越快
(4)以CuO-ZrO2作催化剂，CO2、CH4投料比为1：1，300℃反应，平衡时CH4转化率为12%，CH3COOH选择性为95%，则CH3COOH的平衡产率为 。(选择性指转化为目标产物的某反应物的质量与发生反应的该反应物的质量之比)
(5)立方ZrO2的晶胞如图，晶胞参数为apm，O2-和Zr4+间的最小距离为 pm，晶体密度为 g·cm-3。(列出计算式，阿伏加德罗常数的值用表示)
3．（2024·河南新乡·一模）苯乙稀是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，可由乙苯催化脱氢获得。
(1)科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变 (填“>”“<”或“=”)0，为提高乙苯的平衡转化率，应选择的反应条件为 (填标号)。
A．低温、高压　　　B．高温、低压　　　C．低温、低压　　　D．高温、高压
(2)有研究者发现，在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行，反应历程如图：
①该过程的总反应的化学方程式为 。
②根据反应历程分析，催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应影响较大，如果催化剂表面碱性太强，会降低乙苯的转化率，碱性太强使乙苯转化率降低的原因是 (写一点即可)。
③从资源综合利用角度分析，氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是 。
(3)恒压下，将乙苯蒸气通入体积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。
①时，反应经过达到平衡，此时苯乙烯的体积分数为0.375，则乙苯的转化率为 ，内的平均反应速率 ，该温度下的 。
②时，若再向体系中通入氮气，此时 (填“增大”“减小”或“不变”)。
4．（2024·陕西·模拟预测）在生物学、医学等领域有重要应用，传统制氢成本高、技术复杂，研究新型制氢意义重大，已成为科学家研究的重要课题。回答下列问题：
(1)我国科学家发现，Rh催化单分子甲酸分解制的过程如图1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 ；甲酸分解制的热化学方程式可表示为 (下图为单分子甲酸分解相对能量变化，能量单位为eV，阿伏加德罗常数用表示)。
(2)在T℃下可直接分解制取，反应的原理如下：。实际生产中向刚性容器中同时通入和水蒸气，水蒸气与反应体系的任何物质均不发生反应，测得容器总压()和的转化率(α)随时间的变化关系如图所示。计算反应在0~20min内的平均反应速率 ；平衡时， kPa，平衡常数 kPa，(Kp为以分压表示的平衡常数)。
(3)工业上也可采用乙苯()气体催化脱氢法制取，同时生成苯乙烯()气体。其他条件不变时，在不同催化剂(n、m、p)作用下，反应进行相同时间后，乙苯的转化率随反应温度的变化如图所示。相同温度下，三种催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为 ；b点乙苯的转化率高于a点的原因是 。
2
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热点题型04 化学反应机理探究与分析
本热点在高考中主要要求学生认识化学反应的本质是有新物质生成，并伴有能量的变化，能多角度、动态地分析热化学方程式，运用化学原理解决实际问题。反应历程或机理图像一般取材于实际科研成果，充分体现了化学反应的本质，高考常以此为载体考查反应原理、活化能、反应热等知识，是近年高考的命题热点，此类试题难点是需要学生能从陌生图像中提取有效信息进行解题。
考查的核心素养有：①宏观辨识与微观探析：学会分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系；②变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能从多角度、动态地分析热化学方程式。③科学态度与社会责任：赞赏化学对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
预测2025年高考：反应历程是指化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径，因为化学变化从根本上来说，就是旧键的破裂和新键的生成。反应的历程能够反映出物质结构和反应能力之间的关系，从而可以加深我们对于物质运动形态的认识。近年新高考中主要集中考查化学反应中能量变化有关概念的理解及计算，主要涉及能量变化的本质，以图象的形式表示能量变化过程的分析，能量历程转化常以图象形式出现在选择题中。
一、基元反应和过渡态理论
1．基元反应
(1)大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，其中每一步反应都称为基元反应。
(2)基元反应速率方程
对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。
2．反应机理
基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)，基元反应的总和称为总反应。由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。
例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I2??I·＋I·(快)
②H2＋2I·===2HI(慢)其中慢反应为整个反应的决速步骤。
3．过渡态理论
(1)化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能的过渡态，处于过渡态的分子叫做活化络合物。活化络合物是一种高能量的不稳定的反应物原子组合体，它能较快地分解为新的能量较低的较稳定的生成物。
(2)活化能(Ea)是处在过渡态的活化络合物分子平均能量与反应物分子平均能量的差值。
4．催化剂与反应历程
(1)催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大化学反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，反应速率较大；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea1')较大，反应速率较小。
使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH不变。
(2)加入催化剂后的反应历程
如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行：
①A+K→AK 活化能为Ea1（慢反应）
②AK+B→AB+K 活化能为Ea2(快反应)
总反应：A+BAB 活化能为Ea1
加入催化剂K后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。
由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”，第1步反应越快，则整体反应速率就越快。因此对总反应来说，第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
常见图像的解读
图像 解读
(1)在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；E1－E2为此反应的焓变(ΔH) (2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为多个)，反应①为吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应 (3)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小
二、能垒图像的分析与应用
在化学反应过程中，反应前后能量会发生变化。能垒指的是由于化学反应的成功发生对于反应物到达能量高的过渡态的过程的依赖性而产生的一个“阻碍”，只有一部分有足够能量的分子才能跨越能垒进行反应，每一个小的分步反应的从较低能量到过渡态所吸收的能量，可以理解成ΔH-t图中“爬坡”的阶段，这些阶段的吸收的能量都是能垒。
1．催化剂与化学反应
(1)在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；E1－E2为此反应的焓变(ΔH)。
(2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为多个，如模拟演练题1中图像所表示的)，反应①为吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应。
(3)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小
2．能垒与决速步骤
能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成为慢反应。
例如图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤。
注意：
①能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。
②用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。
③相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。
三、循环转化机理图像的分析与应用
1．“环式”反应过程
“入环”的物质为反应物，如图中的①④；位于“环上”的物质为催化剂或中间体，如图中的⑤⑥⑦⑧；“出环”的物质为生成物，如图中的②③；由反应物和生成物可快速得出总反应方程式。
2．催化剂与中间产物
1,2-丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理
催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。
中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。
在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的物质，(产物一般多是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质)与之同时反应的就是催化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则是这个循环中的任何一个环节。如下图中，MoO3则是该反应的催化剂，图中剩余的三个物质均为中间产物。
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考向01 化学反应机理过渡态图像的分析与应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）亚硝酸HONO是天气中的一种污染物，在人体中会发生度应产生毒性更强的亚硝酸胺[]，反应机理为，该反应机理对应的能量变化关系如图，已知反应中所涉及物质的分子中各原子最外层电子均达到稳定结构。下列说法不正确的是
A．过程ⅰ为决速步骤
B．亚硝酸的电子式为
C．过程ⅰ与ⅱ活化能的差值等于总反应的焓变
D．过程ⅰ、ⅱ分别属于加成反应与消去反应
【答案】C
【详解】A．由图像可知，过程ⅰ的活化能大于过程ⅱ，故过程ⅰ为决速步骤，A正确；
B．亚硝酸属于共价化合物，分子中各原子最外层电子均达到稳定结构，其电子式为，B正确；
C．由图像可知，过程ⅰ与ⅱ活化能的差值与总反应的焓变没有直接关系，C错误；
D．根据题中所给的反应机理，可看出过程i为加成反应，在过程ⅱ中生成一分子水同时生成亚硝酸胺，其含有不饱和键，属于消去反应，D正确；
故选C。
2．（2024·山西太原·三模）1，3－丁二烯是一种非常重要的有机合成原料，其分子中存在大π键，与等物质的量的溴化氢发生加成反应的势能变化如图所示，下列说法错误的是（设为阿伏加德罗常数的值）
A．54g 1，3－丁二烯含碳碳双键的数目为2
B．1，3－丁二烯加聚反应产物的链节有两种，其中一种有顺反异构
C．1，3－丁二烯在一定条件下可生成，该分子中含有手性碳
D．1，3－丁二烯与等物质的量溴化氢的加成分两步进行，和分别表示生成两种产物的反应的第二步反应活化能
【答案】A
【详解】A．1，3－丁二烯中存在大π键，故不看成单独的碳碳双键，A错误；
B．加聚产物如果是1,4加成，则链节为-CH2-CH=CH-CH2-，如果是1,2加成，则加聚产物链节为-CH2-CH(CH=CH2)-，前者有顺反异构，后者没有，B正确；
C．1，3－丁二烯在一定条件下发生D-A反应可生成，分子中环上与碳碳双键相连的碳原子连接四个不同的原子，有手性，C正确；
D．由能量图可以看出，1，3－丁二烯与等物质的量溴化氢的加成分两步进行，E1和E2分别表示生成两种产物的反应的第二步反应活化能，D正确；
本题选A。
3．（2024·河南·三模）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．催化剂将总反应活化能降低
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．升高温度，总反应的反应速率增大，平衡转化率降低
D．总反应的热化学方程式为
【答案】C
【详解】A．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，故A正确；
B．加入催化剂后总反应分两步进行，路径改变，反应物和生成物能量不变，焓变不改变，故B正确；
C．总反应是吸热反应，升高温度，乙醛的平衡转化率增大，故C错误；
D．焓变=产物总能量-反应物总能量，，故D正确；
选C。
4．（2024·云南昭通·模拟预测）电喷雾电离等方法得到的(等)与反应可得，与反应能高选择性地生成甲醇，方程式为，分别与、(D代表氘)反应，一定条件下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、步骤Ⅱ均为放热反应
B．与反应的能量变化应为图中曲线a
C．与反应，氘代甲醇的产量
D．该反应既有极性键的断裂又有极性键和非极性键的生成
【答案】D
【详解】A．步骤I、步骤Ⅱ均为放热反应，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，则此时正反应活化能会增大，根据图示可知，与反应的能量变化应为图中曲线a，B正确；
C．与，反应时，因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，步骤I的活化能增大，反应速率会变慢，则更难获得，故产率：，C正确；
D．步骤I和步骤Ⅱ均没有非极性键的生成，D错误；
故选D。
5．（2024·四川南充·一模）臭氧分解反应以及氯自由基()催化臭氧分解反应过程中的能量变化如图，存在时先后发生反应和。下列说法正确的是
A．既可加快臭氧分解反应速率，也可改变该反应热
B．图示所呈现总反应为
C．
D．催化臭氧分解的反应速率由第二步反应决定
【答案】B
【详解】A．根据题给基元反应的方程式可知，先在反应中消耗，后在反应中生成，即在反应中做催化剂，可加快臭氧分解反应速率，但不改变该反应的反应热，A错误；
B．能量变化图中，曲线的起止状态的物质分别对应反应物和生成物，故图示所呈现的总反应为，B正确；
C．催化剂可降低反应的活化能，、，但，C错误；
D．活化能越大，反应速率越慢，反应历程中，活化能最大的基元反应速率最慢，为反应的决速步骤，催化臭氧分解的反应中，，故速率由第一步决定，D错误；
故选B。
6．（2025·宁夏陕西·模拟预测）一定温度下，恒容密闭容器中，物质Z发生反应，一段时间后开始计时，测得各物质的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是
A．曲线Ⅰ代表物质X，曲线Ⅲ代表物质Z
B．图中时刻的正反应速率大于时刻
C．若升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
D．，用物质Y表示的平均反应速率为
【答案】B
【详解】A．曲线Ⅰ代表物质Y，曲线Ⅲ代表反应物Z，故A错误；
B．时刻反应物的浓度大于时刻，浓度越大反应速率越快，则时刻的正反应速率大于时刻，故B正确；
C．升高温度，正反应速率加快，逆反应速率也加快，故C错误；
D．，用物质Z表示的平均反应速率为v(Z)=，根据速率之比等于化学计量数之比可知物质Y表示的平均反应速率为v(Y)=2v(Z)=，故D错误；
故选：B。
7．（2024·宁夏银川·调研）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，甲醇与水(各物质均为气态)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Ⅱ的热化学方程式为：
B．和的总能量大于和的总能量
C．选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能，有利于减少过程中的能耗
D．在反应中生成又消耗，可认为是催化剂
【答案】C
【详解】A．结合能量图可知，反应Ⅱ为放热反应，根据反应机理图可知，反应Ⅱ的热化学方程式为：CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) ΔH=-akJ/mol(a>0)，A错误；
B．结合反应机理和能量图可知，EⅡ生＞EⅠ反，即1molCH3OH(g)和1molH2O(g)的总能量小于1molCO2(g)和3molH2(g)的总能量，B错误；
C．选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能，加快反应速率，减少过程中的能耗，C正确；
D．在反应机理中先生成后消耗且量相等，因此CO(g)属于中间产物，不是催化剂，D错误；
故选C。
8．（2024·河南·模拟预测）已知和经过两种途径转化为的反应如下：途径Ⅰ：①；②；途径Ⅱ：③；④。其反应过程的能量变化如图所示，已知的单位为。
下列说法错误的是
A．途径Ⅰ中反应的
B．途径Ⅱ中转化为的反应速率是由反应③决定的
C．途径Ⅰ和途径Ⅱ总反应的焓变：
D．途径Ⅱ过程中，物质很难大量积累
【答案】C
【详解】A．由图可知，反应的，A正确；
B．由图可知，反应③的活化能大于反应④的活化能，活化能越大反应速率越慢，决速步骤由最慢的步骤决定，故途径Ⅱ中 A(g)转化为 E(g)的反应速率是由反应③决定的，B正确；
C．根据盖斯定律，途径I 和途径Ⅱ总反应的焓变相等，即，C错误；
D．由图可知，途径Ⅱ中反应④的活化能低于反应③的活化能，活化能越低反应速率越快，故反应④的反应速率大于反应③的反应速率，物 质N(g)很难大量积累，D正确；
故选C。
考向02 化学反应机理能垒图像的分析与应用
1．（2024·山西·模拟预测）在Ni的活化下可放出，其反应历程如下图所示。下列关于该反应历程的说法正确的是
A．该反应历程的决速步反应是中间体2→过渡态2
B．此反应过程中有极性键和非极性键的断裂和生成
C．整个过程中Ni是该反应的催化剂
D．该反应过程中共包含4个基元反应
【答案】D
【详解】A．慢反应决定总反应速率，中间体2→中间体3的正反应活化能最大，反应速率最慢，所以中间体2→中间体3的过程是决定整个历程反应速率的关键步骤，故A错误；
B．此反应过程中有碳氢极性键、碳镍键极性键、镍氢极性键和碳碳非极性键的断裂，有碳镍键极性键、碳氢极性键和镍氢极性键的生成，没有非极性键的生成，故B错误；
C．Ni参与反应，不是该反应的催化剂，故C错误；
D．反应物→中间体1→中间体2→中间体3→产物，共4个基元反应，故D正确；
答案选D。
2．（2024·云南·模拟预测）可活化放出，其反应历程如图所示。下列关于活化历程的说法正确的是
A．总反应为
B．在此反应过程中的成键数目没有发生变化
C．在此反应过程中涉及非极性键的断裂和生成
D．决速步骤：中间体中间体2
【答案】A
【详解】A．只与始态和终态有关，根据历程图像可知，该反应为放热反应，即总反应为，A正确;
B．中间体中的成键数目为4，过渡态1、中间体2中的成键数目为2，过渡态2中的成键数目为3，因此在此反应过程中的成键数目在不断发生变化，B错误;
C．该反应过程中涉及键断裂和键的形成，没有非极性键的形成，C错误;
D．活化能大，化学反应速率慢，是决速步骤，根据历程图可知，中间体中间体3能量差值最大，活化能最大，是决速步骤，D错误;
故答案选A；
3．（2024·云南·模拟预测）近年，我国科学家利用两种不同的纳米催化剂在室温水汽条件下实现高效催化氧化，其反应历程中相对能量的变化如图所示（分别代表过渡态1、过渡态2、过渡态3），下列说法正确的是
A．在该条件下，催化效果较好的催化剂是，故使用催化剂能提高反应物的转化率
B．若利用进行同位素标记实验，检测到以上反应中有和生成，说明反应过程中有键的断裂
C．反应：的，该反应在低温时不能自发进行
D．若ⅱ表示被吸附在催化剂表面，则更容易吸附
【答案】B
【详解】A．根据图示可知作为催化剂活化能降低更多，因此效果较好的催化剂是，但是催化不能改变平衡移动，不能提高反应物的转化率，A错误；
B．若利用进行同位素标记实验，检测到以上反应中有和生成，来自于，说明O-H键断裂，B正确；
C．反应的生成物能量低于反应物则的，该反应为熵减的放热反应，在低温时能自发进行，C错误；
D．若ⅱ表示被吸附在催化剂表面，N-的活化能更低，因此更容易吸附，D错误；
故选B。
4．（2025·四川·模拟预测） 恒容反应器中，和均能催化反应：(羟基乙醛)，反应历程如图所示，为中间体，为过渡态。
下列描述正确的是
A．“插入”步骤，为
B．催化作用下，“加氢”步骤为决速步骤
C．催化作用下，羟基乙醛的生成速率更小
D．反应达平衡时，升高温度，羟基乙醛的浓度增大
【答案】B
【详解】A．由图可知，一氧化碳插入步骤为放热反应，反应△H=—15.4kcal/mol，故A错误；
B．反应的活化能越大，反应速率越慢，慢反应是反应的决速步骤，由图可知，Rh催化作用下，加氢步骤的活化能为24.4 kcal/mol，反应的活化能最大，所以加氢步骤为决速步骤，故B正确；
C．反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，Rh催化作用下，反应的活化能大于Rh/Mn催化作用下，所以羟基乙醛的生成速率小于Rh/Mn催化作用下，故C错误；
D．由图可知，生成羟基乙醛的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，羟基乙醛的浓度减小，故D错误；
故选B。
5．（2024·四川自贡·一模）碳酸二甲酯是一种低毒、性能优良的有机合成中间体，科学家提出了新的合成方案（吸附在固体催化剂表面上的物种用*标注），反应机理如图所示。
下列说法正确的是
A．反应过程中除固体催化剂外，还使用了做催化剂
B．反应进程中决速步骤的能垒为
C．第3步的基元反应方程式为：
D．升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向逆反应方向移动
【答案】A
【详解】A．HO·在反应前参与反应，反应后又生成，作催化剂，A正确；
B．反应进程中经过渡态Ⅰ的反应能垒最大，是决速步骤，其能垒为[103.1-(-22.6)]×102eV=1.257×104eV，B错误；
C．第3步的基元反应方程式为：，C错误；
D．由图可以看出，2CH3OH+CO2→CH3OCOOCH3+H2O △H＞0，升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向正反应方向移动，D错误；
故答案为：A。
6．（2024·山西大同·模拟预测）氢能是一种重要的清洁能源，由HCOOH可以制得H2。在催化剂作用下，HCOOH催化释放氢的反应机理和相对能量的变化情况分别如图1和图2所示。下列叙述错误的是
A．HCOOH催化释放氢的过程中有极性键的断裂和非极性键的形成
B．HCOOD催化释放氢反应除生成CO2外，还生成HD
C．在催化剂表面解离C—H键比解离O—H键难
D．HCOOH催化释放氢的热化学方程式为：　
【答案】D
【详解】A．转化涉及到N—H键极性键的断裂和形成、O—H键极性键的断裂以及H—H键非极性键的形成，A正确；
B．若用HCOOD代替HCOOH，反应为HCOOD分解，除生成CO2外，还生成HD，B正确；
C．由图可知，Ⅱ→Ⅲ过程中断裂O—H键，Ⅲ→Ⅳ过程中断裂C—H键，Ⅲ→Ⅳ的活化能大于Ⅱ→Ⅲ的，故在催化剂表面解离C H键比解离O H键难，C正确；
D．图2表示1分子HCOOH(g)生成CO2(g)和H2(g)时放出能量0.45eV，而热化学方程式中ΔH为1mol反应的热量变化，D错误；
故答案为：D。
7．（2024·山西·一模）CO与在催化剂作用下可生成与减少环境污染。其中在铁催化剂表面进行的反应可分为两步反应，其相对能量与反应历程的关系如下图所示，下列说法错误的是
A．分子的中心原子N和分子的中心原子C的杂化类型不相同
B．基态原子的第一电离能：N>O>C>Fe
C．该过程的决速步反应为
D．Fe*为反应的催化剂，FeO*为反应的中间产物
【答案】A
【详解】A．CO2中心原子C的价层电子对数为，杂化方式为sp，N2O与CO2的原子数相同，价电子数均为16，因此二者互为等电子体，因此两者杂化方式相同，A错误；
B．基态原子第一电离能同周期从左往右呈增大趋势，同主族从上往下逐渐减小，N原子的价层电子排布式为2s22p3，2p能级为半充满状态，较稳定，因此第一电离能较大，故基态原子第一电离能：N>O>C>Fe，B正确；
C．反应速率取决于反应较慢步骤，即决速步骤反应活化能越大反应越慢，所以决速步骤为，C正确；
D．观察图可知，Fe*与原料一起加入，后又生成，因此Fe*为反应催化剂，而FeO*为中间产物，D正确；
故答案为：A。
8．（2024·河南·模拟预测）据某课题组研究，以或为催化剂，和通过电解能直接合成尿素，其反应历程和能量变化如下图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
下列叙述不正确的是
A．和都是非极性分子
B．物种从催化剂表面脱附吸收能量
C．尿素是电催化装置的阳极产物
D．以为催化剂更有利于的转化
【答案】C
【详解】A．为直线形分子，是双原子单质分子，和都是非极性分子，A项正确；
B．由图可以看出，物种从催化剂表面脱附吸收能量，B项正确；
C．电解催化反应过程中，氮元素的化合价降低，因此尿素是电催化装置的阴极产物，C项错误；
D．由图可看出，为催化剂时，活化能较小，更有利于的转化，D项正确；
故答案选C；
考向03 化学反应机理循环转化机理图像的分析与应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）为早日实现“碳中和碳达峰”目标，科学家提出用钌(Ru)基催化剂催化和反应生成HCOOH．反应机理如图所示，已知当生成46g液态HCOOH时放出31.2kJ的热量。下列说法正确的是
A．反应历程中存在极性键、非极性键的断裂与形成
B．物质Ⅰ为该反应的催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间产物
C．催化剂能降低活化能，加快反应速率，改变反应热，从而提高转化率
D．通过和反应制备液态HCOOH，每转移1mol，放出31.2kJ的热量
【答案】B
【详解】A．由反应示意图可知反应过程中存在碳氧等极性键断裂、氢氢非极性键断裂，碳氢等极性键生成，但不存在非极性键的形成，A错误；
B．物质Ⅰ为反应起点存在的物质，且在整个过程中量未发生改变，物质Ⅰ为催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间过程出现的物质，为中间产物，B正确；
C．催化剂可以降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，C错误；
D．该图为钌(Ru)基催化剂催化CO2(g)和H2(g)的反应示意图，反应生成46g液态HCOOH时放出31.2kJ的热量，反应中氢化合价由0变为+1，电子转移关系为HCOOH~H2~2e-，则每转移1mol，放出15.6kJ的热量，D错误；
故选B。
2．（2024·河南·三模）研究表明，光催化剂Ti-CNO对与氧化苯乙烯环加成生成碳酸苯乙烯酯表现出优异的光热催化活性和稳定性，其反应机理如图所示(部分微粒未标出)：
已知：TBAB的结构简式为；—Ph代表苯基。
下列叙述错误的是
A．若基态钛原子的价电子轨道表示式为，则违背了泡利原理和洪特规则
B．TBAB中氮原子的杂化类型为，氮元素显＋5价
C．转化为的过程中，碳氢极性键断裂
D．在“碱性点位”上得电子发生还原反应
【答案】B
【详解】A．钛元素的原子序数为22，基态原子的价电子排布式为3d24s2，轨道表示式为，则轨道表示式违背了泡利原理和洪特规则，故A正确；
B．由结构简式可知，TBAB中氮元素的化合价为—3价，氮原子的价层电子对数为4，原子的杂化类型为，故B错误；
C．由结构可知，转化为的过程中发生了碳氢极性键的断裂，故C正确；
D．由图可知，在“碱性点位”上二氧化碳分子中碳元素的化合价降低被还原，得到电子发生还原反应，故D正确；
故选B。
3．（2024·山西太原·一模）某催化剂催化烯烃醛基化的过程如图。下列说法正确的是
A．配合物的配体CO中提供孤对电子的是O原子
B．如图循环转化过程中既存在σ、π键的断裂，也存在σ、π键的形成
C．烯制备醛的总反应：
D．用酸性KMnO4溶液鉴别产物RCH2CH2CHO中是否含有未完全转化的RCH=CH2
【答案】C
【详解】A．CO与N2是等电子体，则CO的电子式为，在配体中，提供孤电子对的通常是非金属性较弱的具有孤电子对的原子，则配合物的配体CO中，提供孤对电子的是C原子，A不正确；
B．反应①中形成配位键(σ键)，反应②中断裂σ、π键，反应③+④中断裂σ键、同时形成σ键，没有π键的形成，B不正确；
C．烯制备醛时，RCH=CH2先与催化剂反应，反应的第一种中间产物再与CO反应，反应的第二种中间产物再与H2反应，最后分解生成RCH2CH2CHO和催化剂，则总反应：，C正确；
D．RCH2CH2CHO和RCH=CH2都能被酸性KMnO4溶液氧化，则不能用酸性KMnO4溶液鉴别产物RCH2CH2CHO中是否含有未完全转化的RCH=CH2，D不正确；
故选C。
4．（2024·山西晋中·二模）硅醚类化合物广泛应用于有机合成、分离分析和精细化工等领域，我国科研工作者开发了一种无催化剂下醇的高效硅基化新方法，反应机理如图所示[代表，代表烃基(一般指相应的烃失去一个氢原子后剩下的基团)]。下列说法不正确的是
A．总反应属于取代反应
B．反应过程中碳原子的成键数目不变
C．反应过程中氮原子的价层电子对数目减少
D．当为甲醇时，反应产物为和
【答案】C
【详解】A．根据反应转化关系可知总反应为羟基氢被-SiMe3取代的反应，属于取代反应，A正确；
B．由图可知，反应过程中碳原子的成键数目一直为4，不变，B正确；
C．反应过程中氮原子形成3个共价键且存在1对孤电子对，价层电子对数目一直为4，C错误；
D．根据反应转化关系可知总反应为羟基氢被-SiMe3取代的反应，则当为甲醇时，反应产物为和，D正确；
故选C。
5．（2024·山西晋中·三模）还原是实现“双碳”经济的有效途径之一。在密闭容器中(和按物质的量之比1：3投料，反应经如图所示的流程(主要产物已标出)可实现的高效转化。
下列说法正确的是
A．该反应的催化剂为和
B．过程iii在恒压条件下通入He，有利于增加CO的产量
C．过程i、ii、iii均涉及置换反应
D．每生成4mol的CO，转移的电子数约为
【答案】B
【详解】A．是催化剂，是中间产物，A错误；
B．恒压条件下通入He，分解平衡正向移动，导致增大，促进Fe还原CO2平衡正向移动，有利于增加CO的产量，B正确；
C．过程i、iii中没有发生置换反应，C错误；
D．依流程图可知，该反应为，生成物CO既是氧化产物，又是还原产物，每生成4mol的CO，转移的电子数约为，D错误；
故选B。
6．（2024·山西临汾·二模）点击化学代表反应为一价铜催化炔基与叠氮基发生环加成反应，其反应原理如图所示。下列叙述错误的是
A．一价铜降低了反应的活化能，但不影响焓变
B．此过程总反应的原子利用率为
C．依据该反应机理可以发生反应：
D．反应过程中存在极性键的断裂和形成
【答案】C
【详解】A．一价铜为催化剂，催化剂降低反应活化能，改变反应速率，但不改变焓变，A正确；
B．由反应的历程可知，总反应为，反应中原子利用率为，B正确；
C．依据该反应机理可以发生反应：，C错误；
D．反应中涉及碳氢极性键断裂，碳氮极性键的形成，D正确；
故选C。
7．（2024·山西·一模）催化还原氮氧化物是目前应用最广泛的烟气脱硝技术。用活化的作催化剂，将还原成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的成键数未发生变化
D．该催化反应的总反应为
【答案】D
【详解】A．反应1快速发生，不是决速步骤，故A错误；
B．反应3中没有非极性键的断裂，故B错误；
C．整个催化反应的历程中的成键数发生了变化，故错误；
D．根据图中信息分析，总反应的方程式为，故D正确。
答案选D。
8．（2024·河南·模拟预测）碳酸氢钠催化氢化制备甲酸盐是现代储氢的新研究方向，其可能的反应历程如图所示。
下列说法错误的是
A．物质L和均为反应的催化剂
B．反应过程中发生了极性键和非极性键的断裂和形成
C．总反应的离子方程式为
D．用代替，反应可得
【答案】B
【详解】A．第①步L参与反应，第④步又生成L，第②步R—NH2参加反应，第③步又生成R—NH2，则物质L和R—NH2均为反应的催化剂，A正确；
B．反应过程中有H-H键断开和C-O键断开，有N-H键和H-O键生成，有极性键、非极性键断开和极性键生成，没有非极性键的形成，B错误；
C．由反应物和生成物可知，总反应的离子方程式为，C正确；
D．由第③步反应可知，用 D2代 替 H2，反应可得，D正确。
故选B。
1．（2024·河南郑州·模拟预测）甲烷化是实现“碳中和”“碳达峰”的有效手段。该过程的总反应为，此反应可理解为分两步完成，反应过程如下：
①；
②
回答下列问题：
(1)甲烷化的技术核心是催化剂的选择。图甲是两种不同催化剂条件下反应相同时间，转化率和选择性随温度的变化。
对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是 ，使用的合适温度为 。
(2)在某温度下，向恒容密闭容器中充入和，初始压强为，反应经达到平衡，此时，，则总反应的 。该温度下反应①的 (用平衡分压代替平衡浓度)；在该平衡体系，若保持温度不变压缩容器的容积，的物质的量 (填“增加”“减小”或“不变”)。
(3)为研究反应过程的热效应，一定温度范围内对上述反应的平衡常数进行计算，得的线性关系如图乙。则温度下 。
(4)恒压、时，和按物质的量之比投料，经图丙的反应过程(主要产物已标出)可实现的高效转化。
①下列说法正确的是 (填序号)。
A．可循环利用，不可循环利用
B．过程ii吸收可促使氧化反应的平衡正向移动
C．过程ii产生的最终未被吸收，在过程ⅲ被排出
②过程ii平衡后通入，保持恒压条件，测得一段时间内物质的量上升，根据过程iii，结合平衡移动原理，解释物质的量上升的原因： 。
【答案】(1)
(2) 0.6 增加
(3)1
(4) BC 恒压条件下，通入后，相当于减小压强，分解平衡正向移动，导致增大，促进还原平衡正移
【详解】（1）由图甲可知，图示温度和反应时间下，使用催化剂时的转化率比使用催化剂时要高，使用时甲烷的选择性也高于使用催化剂，因此应用作催化剂，温度应选，在此温度下二氧化碳的转化率最高，且甲烷的选择性也较高。
（2）在该温度下，向恒容密闭容器中充入和，气体总物质的量为，初始压强为，根据相同条件下压强之比等于物质的量之比，反应经达到平衡，此时，，可知反应①生成，反应②消耗，列三段式：
，；；将容器的容积压缩，压强增大，反应②平衡正向移动，则的物质的量增加。
（3）根据盖斯定律，由总反应得，则，由图乙可知，当温度为时，，则。
（4）①根据流程可知，转化为，又转化为，可循环利用，与反应生成，受热分解生成和，也可循环利用，A错误；
过程ii，吸收使浓度降低，促进氧化为反应的平衡正向移动，B正确；
过程ii中吸收，而产生的最终未被吸收、结合原子守恒可知、产生的在过程iii被排出，C正确；
故选BC。
②过程iii中存在反应：，恒温、恒压条件下通入，相当于减小压强，分解反应的平衡正向移动，导致增大，促进还原反应的平衡正向移动，故过程ii平衡后通入，测得一段时间内物质的量上升。
2．（2024·山西晋中·二模）CO2和CH4合成CH3COOH对实现“碳中和”目标具有重要意义。回答下列问题：
(1)25℃时，CH4和CH3COOH的燃烧热分别为890.3kJ·mol-1和873.7kJ·mol-1，写出CO2和CH4合成CH3COOH(l)的热化学方程式 。
(2)在硫酸酸化的ZrO2催化剂表面发生反应时，涉及多个基元反应，反应经历pathA，pathB两个路径，其能量变化如下图所示。吸附在催化剂表面的物种用*标注，TS1、TS2、TS3表示过渡态。
①物质从催化剂表面脱附的过程 (填“放出热量”或“吸收热量”)。
②上述基元反应pathA路径中，速率最慢的一步的反应方程式为 。
③pathA和pathB路径相比， 更容易进行。
(3)已知能自发进行， ，下列说法正确的是___________。
A．25℃时，该反应能自发进行
B．降低温度能提高CH4的平衡转化率
C．，反应达平衡状态
D．温度越高反应速率越快
(4)以CuO-ZrO2作催化剂，CO2、CH4投料比为1：1，300℃反应，平衡时CH4转化率为12%，CH3COOH选择性为95%，则CH3COOH的平衡产率为 。(选择性指转化为目标产物的某反应物的质量与发生反应的该反应物的质量之比)
(5)立方ZrO2的晶胞如图，晶胞参数为apm，O2-和Zr4+间的最小距离为 pm，晶体密度为 g·cm-3。(列出计算式，阿伏加德罗常数的值用表示)
【答案】(1)
(2) 吸收热量 pathB
(3)BC
(4)11.4%
(5)
【详解】（1）根据已知写出各物质燃烧热的热化学方程式
①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)△H＝－890KJ/mol
②CH3COOH(l)＋2O2(g)＝2CO2(g)＋2H2O(l)△H＝－873.7kJ/mol
①－②得
CH4(g)＋CO2(g)＝CH3COOH(l)△H＝－16.6kJ/mol
（2）①从图中可以看出，物质被吸附在催化剂表面形成过渡态的过程是放热的，物质从催化剂表面脱附的过程是吸收能量的；
②速率最慢的应该是活化能最大的，故该步反应为：
③PathA和PathB相比，PathB的活化能小，更易进行；
故答案为：
①吸收能量
②
③PathB
（3）A．△H－T△S＝－16.6kJ/mol－[(273＋25)×(－204.3)J/mol]＞0,该反应不能自发进行，A错误；
B．该反应为放热反应，降低温度，正向移动，反应物转化率升高，B正确；
C．用不同物质表示的不同方向的反应速率比等于计量数之比时，化学反应达到平衡，C正确；
D．反应速率是几个因素共同决定的，不能只受一个因素的制约影响；
故答案为：BC。
（4）根据题意分析，利用转化率、选择性、产率的定义可知，1molCH4转化了0.12mol，转化的0.12molCH4中，有95%转化为CH3COOH,生成的CH3COOH的物质的量为，故产率
故答案为：11.4；
（5）①根据晶胞结构模型可知，和的距离为体对角线的，故距离为：；
②根据均摊法，一个晶胞中含有个数为：=4；个数为：8；
故答案为：
①
②
3．（2024·河南新乡·一模）苯乙稀是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，可由乙苯催化脱氢获得。
(1)科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变 (填“>”“<”或“=”)0，为提高乙苯的平衡转化率，应选择的反应条件为 (填标号)。
A．低温、高压　　　B．高温、低压　　　C．低温、低压　　　D．高温、高压
(2)有研究者发现，在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行，反应历程如图：
①该过程的总反应的化学方程式为 。
②根据反应历程分析，催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应影响较大，如果催化剂表面碱性太强，会降低乙苯的转化率，碱性太强使乙苯转化率降低的原因是 (写一点即可)。
③从资源综合利用角度分析，氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是 。
(3)恒压下，将乙苯蒸气通入体积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。
①时，反应经过达到平衡，此时苯乙烯的体积分数为0.375，则乙苯的转化率为 ，内的平均反应速率 ，该温度下的 。
②时，若再向体系中通入氮气，此时 (填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1) > B
(2) (g)+CO2(g)(g)+CO(g)+H2O(g) 催化剂表面碱性太强，则带负电荷的氢氧根离子较多，不利于的吸附，且碱性物质会和二氧化碳反应，导致吸附在催化剂表面的二氧化碳减少，从而降低了乙苯的转化率 来源广泛，简单易得，利用氧化乙苯脱氢制苯乙烯能减少的排放，减少温室效应，实现“碳中和”
(3) 60% 3.75 56.25 减小
【详解】（1）由图可知，反应的总能量小于生成物的总能量，该反应为吸热反应，ΔH>0；乙苯在催化剂表面脱氢制苯乙烯的总反应为(g) (g)+H2(g)，该反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度、减小压强均能使平衡正向移动，均能提高乙苯的平衡转化率，因此提高乙苯的平衡转化率，应选择的反应条件为高温、低压，故选B。
（2）
①由反应历程图可知，该过程的总反应的化学方程式为(g)+CO2(g)(g)+CO(g)+H2O(g)；
②根据反应历程可知，催化剂表面需要活化吸附，该微粒带负电荷，如果催化剂表面碱性太强，则带负电荷的氢氧根离子较多，不利于的吸附，且碱性物质会和二氧化碳反应，导致吸附在催化剂表面的二氧化碳减少，从而降低了乙苯的转化率；③来源广泛，简单易得，利用氧化乙苯脱氢制苯乙烯能减少的排放，减少温室效应，实现“碳中和”。
（3）①列出三段式：
，
则，解得，乙苯的转化率为；内的平均反应速率；该温度下的；
②时，若再向体系中通入非反应性气体氮气，反应体系中各组分浓度减小，则此时减小。
4．（2024·陕西·模拟预测）在生物学、医学等领域有重要应用，传统制氢成本高、技术复杂，研究新型制氢意义重大，已成为科学家研究的重要课题。回答下列问题：
(1)我国科学家发现，Rh催化单分子甲酸分解制的过程如图1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 ；甲酸分解制的热化学方程式可表示为 (下图为单分子甲酸分解相对能量变化，能量单位为eV，阿伏加德罗常数用表示)。
(2)在T℃下可直接分解制取，反应的原理如下：。实际生产中向刚性容器中同时通入和水蒸气，水蒸气与反应体系的任何物质均不发生反应，测得容器总压()和的转化率(α)随时间的变化关系如图所示。计算反应在0~20min内的平均反应速率 ；平衡时， kPa，平衡常数 kPa，(Kp为以分压表示的平衡常数)。
(3)工业上也可采用乙苯()气体催化脱氢法制取，同时生成苯乙烯()气体。其他条件不变时，在不同催化剂(n、m、p)作用下，反应进行相同时间后，乙苯的转化率随反应温度的变化如图所示。相同温度下，三种催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为 ；b点乙苯的转化率高于a点的原因是 。
【答案】(1)
(2) 1.2 60 135
(3) n>m>p a、b点都未达到平衡，b点温度高，b点的速率快，消耗的量多，因此转化率大
【详解】（1）活化能越大反应速率越慢，而慢反应决定总反应速率的快慢。由图可知该反应过程中的决速步骤为：；由图可知相对能量为0，生成物的相对能量和为-0.16，则反应；
（2）设起始时为amol，水蒸气为bmol，20min时，的转化为60%，列三段式得：
根据压强之比等于气体物质的量之比得：，1.5a=b；20min时氢气的分压为：；；
平衡时的转化为75%，列三段式得：
平衡时总气体物质的量为：；=60；
平衡常数==135；
（3）相同条件下，乙苯得转化率n>m>p，可知催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为n>m>p；根据催化剂只影响反应速率不影响转化率，则c点时反应达到平衡状态，a、b点都未达到平衡，b点温度高，b点的速率快，消耗的量多，因此转化率大。
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