高考化学总复习第六单元化学反应速率与化学平衡 第3讲 高考题型专项突破

高考总复习·化学[单选经典版]高考题型专项突破化学反应机理、历程与能垒题本类题在高考卷中主要以陌生能量－历程图或反应机理图形式出现，主要考查催化剂、反应物、生成物及中间体的判断、历程中发生的化学反应方程式、物质成键与断键的判断、能量变化、化学反应速率及平衡等知识。(2022·湖南高考改编)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Ⅰ是吸热反应B．平衡时P的产率：Ⅱ>ⅠC．生成P的速率：Ⅲ>ⅡD．进程Ⅳ中，Z没有催化作用[解题思路分析]进程Ⅰ中反应物的能量高于产物的能量，应为放热反应，A不正确；进程Ⅱ中使用了催化剂X，催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B不正确；进程Ⅲ中由S·Y转化为P·Y的活化能高于进程Ⅱ中由S·X转化为P·X的活化能，由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤，因此生成P的速率为Ⅲ<Ⅱ，C不正确。[答案]D(2022·山东高考)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[解题思路分析]根据题图反应机理知，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，含N分子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正确；根据题图，由NO生成HONO的反应历程有2种，B正确；NO是催化剂，增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变，C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＋O2eq\o(,\s\up7(NO))2C3H6＋2H2O，无论发生哪个历程，最终生成的水都不变，D错误。[答案]D一、化学反应机理/历程类试题解题模板二、催化剂反应机理题解题方法1．通览全图，找准一“剂”三“物”一“剂”指催化剂催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上三“物”指反应物、生成物、中间物(或中间体)反应物通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物生成物通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般是产物中间体除催化剂、反应物、生成物外，其余一般均是中间体2．逐项分析得答案根据题给情境信息，找出催化剂、反应物、生成物、中间体，再结合每一选项设计的问题逐项分析判断，选出正确答案。三、突破能量变化能垒图注：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。1．(2021·湖南高考)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示：下列说法错误的是()A．该过程的总反应为HCOOHeq\o(=,\s\up7(催化剂))CO2↑＋H2↑B．H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低C．该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定答案D解析由反应机理可知，HCOOH电离出氢离子后，HCOO－与催化剂结合，放出二氧化碳，然后又结合氢离子转化为氢气，所以化学方程式为HCOOHeq\o(=,\s\up7(催化剂))CO2↑＋H2↑，故A正确；若氢离子浓度过低，则反应Ⅲ→Ⅳ的反应物浓度降低，反应速率减慢，若氢离子浓度过高，则会抑制甲酸的电离，使甲酸根离子浓度降低，反应Ⅰ→Ⅱ速率减慢，所以氢离子浓度过高或过低，均导致反应速率减慢，故B正确；由反应机理可知，Fe在反应过程中化合价发生了变化，故C正确；由反应进程可知，反应Ⅳ→Ⅰ能垒最大，反应速率最慢，对该过程的总反应起决定作用，故D错误。2．(2022·济南模拟)常温常压下，在3种不同碳负载的铜微粒(a、b和c)上，选择性电催化乙炔加氢制乙烯(H＋电还原为H2的反应可同时发生)的相对能量变化如图，下列说法错误的是()A．析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应B．析氢反应的能力：a>c>bC．吸附C2H2的能力：a<b<cD．ⅰ生成ⅱ是乙炔加氢制乙烯反应历程中的决速步骤答案B解析选择性电催化乙炔加氢制乙烯和H＋电还原为H2的反应同时发生，故析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应，A正确；析氢反应的活化能a>c>b，活化能越大反应越难进行，故析氢反应的能力a<c<b，B错误；由图可知，吸咐C2H2过程中放出的能量a<b<c，产物能量a>b>c，相同物质进行不同过程放出的能量越多，产物的能量越低，该过程越容易进行，故吸附C2H2的能力a<b<c，C正确；由图可知，ⅰ生成ⅱ的活化能最大，是整个反应的决速步骤，D正确。3．(2022·江苏高考节选)“Fe­HCOeq\o\al(－,3)­H2O热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收CO2制得的NaHCO3溶液反应，生成H2、HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再经生物柴油副产品转化为Fe。(1)实验中发现，在300℃时，密闭容器中NaHCO3溶液与铁粉反应，反应初期有FeCO3生成并放出H2，该反应的离子方程式为。(2)随着反应进行，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4－x，活性Fe3O4－x是HCOeq\o\al(－,3)转化为HCOO－的催化剂，其可能反应机理如图所示。根据元素电负性的变化规律。如图所示的反应步骤Ⅰ可描述为。答案(1)Fe＋2HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up9(300℃))FeCO3＋COeq\o\al(2－,3)＋H2↑(2)H的电负性大于Fe，小于O，在活性Fe3O4－x表面，H2断裂为H原子，一个吸附在催化剂的亚铁离子上，略带负电，一个吸附在催化剂的氧离子上，略带正电，前者与HCOeq\o\al(－,3)中略带正电的碳结合，后者与HCOeq\o\al(－,3)中略带负电的羟基氧结合生成H2O，HCOeq\o\al(－,3)转化为HCOO－4．(2022·哈师大附中高三期末考试)乙炔在Pd表面选择加氢生成乙烯的反应机理如图。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。该历程中最大能垒(活化能)为kJ/mol，该步骤的化学方程式为。答案85C2Heq\o\al(*,3)＋H*=C2Heq\o\al(*,4)专项作业建议用时：40分钟选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．用二氧化碳可合成低密度聚乙烯(LDPE)。常温常压下以纳米二氧化钛膜为工作电极，电解CO2，可制得LDPE，该电极反应可能的机理如图所示。下列说法正确的是()A．CO2与COeq\o\al(－,2)是同一种微粒B．OH－的电子式为C．过程Ⅲ中碳元素被氧化D．LDPE不易分解，对环境有污染答案D2．如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法不正确的是()A．过程Ⅰ中断裂极性键C—Cl键B．过程Ⅱ可表示为O3＋Cl=ClO＋O2C．过程Ⅲ中O＋O=O2是吸热过程D．上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏臭氧层的催化剂答案C3．锂可用于氮的固定，其转化过程如图所示。下列说法错误的是()A．反应①中N2是氧化剂B．反应②属于复分解反应C．转化过程中涉及的H2O、LiOH都属于电解质D．反应③中Li在阳极生成答案D解析反应①为N2＋6Li=2Li3N，该反应中N2为氧化剂，A正确；反应②为Li3N＋3H2O=NH3↑＋3LiOH，该反应为复分解反应，B正确；H2O、LiOH均为电解质，C正确；反应③中阳极发生氧化反应，其电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应，其电极反应式为Li＋＋e－=Li，D错误。4．(2022·武汉高三质量检测)含铜催化剂催化与偶联反应机理如图所示(Ph—表示苯基)。下列说法错误的是()A．Ⅱ到Ⅲ的转化过程中有非极性键的断裂和形成B．Ⅲ到Ⅳ原子利用率为100%C．Ⅴ中所有碳原子不可能共平面D．该反应的方程式为：答案A5．我国科研人员在CO2加氢制甲醇研究方面已取得重要成果，在Cu­ZnO­ZrO2催化剂上主反应历程如图所示(H2→*H＋*H，*标记的物质是该反应历程中的中间产物或过渡态)。下列说法错误的是()A．第①步中既有极性键的断裂，也有非极性键的断裂B．水在反应历程中是可以循环使用的物质C．Cu­ZnO­ZrO2作为催化剂参与了反应，降低了反应的活化能D．第④步反应是一个吸热过程答案D解析第④步反应是*H＋*HO=H2O，形成HO键，是放热过程，D错误。6．乙二醛(OHCCHO)与O2反应历程中所涉及的反应物(OHCCHO、O2)、过渡态、中间体及产物(OHCCOOH、HCOOH、HOOCCOOH)相对能量如图。下列说法错误的是()A．乙二醛氧化历程中涉及极性键和非极性键的断裂B．乙二醛氧化生成甲酸、乙醛酸或乙二酸的反应均为放热反应C．乙二醛氧化历程中，若加入催化剂，能提高乙二醛的平衡转化率D．乙二醛与氧气反应生成乙二酸的控速步骤为：反应物→TS1答案C7．(2022·浙江三市高三质量检测)甲酸在一定条件下可分解生成CO和H2O，在有、无催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示。下列说法正确的是()A．途径1的活化能为Ea1，其大小与ΔH1有关B．途径1使用了催化剂，途径2没有使用催化剂，但ΔH1＝ΔH2C．途径2要经过三步才完成，而途径1只要一步就完成，所以途径1反应速率更快D．途径2中第二步反应的速率比第三步反应要慢答案D8．以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。下列说法正确的是()A．过程①中钛氧键断裂会释放能量B．该反应中，光能和热能转化为化学能C．使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变，从而提高化学反应速率D．CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)ΔH＝＋30kJ·mol－1答案B9．(2022·青岛市高三教学质量检测)已知CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面可合成甲醇：CH4(g)＋eq\s\up5(eq\f(1,2))O2(g)=CH3OH(g)ΔH，反应的部分历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，TS代表过渡态)。下列说法正确的是()A．该反应的ΔH＝－32.51kJ·mol－1B．O2(g)比H2O(g)更容易吸附在催化剂表面C．该反应过程中只涉及σ键的断裂与形成D．图示中慢反应的方程式为*CH4＋*OH=*CH3OH＋*H答案D解析该图只展示了部分反应历程，无法计算该反应的ΔH，A错误；根据图示，在催化剂表面，吸附H2O(g)时放出的热量比吸附O2(g)时放出的热量多，因此在催化剂表面更容易被吸附的是H2O(g)，B错误；该反应过程中*O2→2*O断裂σ键和π键，C错误；慢反应为活化能最大的反应，该历程中活化能最大的反应为*CH4＋*OH=*CH3OH＋*H，D正确。10．1，2­丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理如图所示。下列说法不正确的是()A．由过程①②知，在催化剂MoO3作用下1，2­丙二醇中羟基上的O—H键断裂B．该过程中催化剂MoO3通过降低反应的焓变提高化学反应速率C．过程③中有碳氧双键生成D．过程①～④中反应产物有4种答案B解析B项，该过程中催化剂MoO3通过降低反应的活化能来提高化学反应速率，错误；D项，由题图可知，1，2­丙二醇发生脱氧脱水反应，生成了甲醛、乙醛、丙烯和水，反应产物有4种，正确。11．(2022·黑龙江省八校高三期末联考)Ni可活化C2H6放出CH4，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．决速步骤：中间体1→中间体2B．总反应为Ni＋C2H6→NiCH2＋CH4C．Ni—H键的形成对氢原子的迁移是不利的D．涉及非极性键的断裂和生成答案B解析由反应历程可知，活化能最大的步骤为中间体2转化为中间体3的过程，活化能高，反应速率小，为决速步骤，A错误；该过程中Ni—H键的形成为氢原子从一个甲基转移到另一个甲基提供了桥梁和便利，C错误；从整体历程来看，没有非极性键的生成，D错误。化学研究中，可结合实验与计算机模拟结果，探究物质反应的历程。回答下列各题：(1)我国科学家实现了使用铜催化剂将N，N­二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，简称DMF]转化为三甲胺。单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图1所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。①该反应历程中的最大能垒(活化能)＝eV，该步骤的化学方程式为