高考化学一轮复习微专题11反应历程(机理)图示分析学案

微专题11反应历程(机理)图示分析聚焦一能量变化—反应历程(机理)图像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：H2→2H·(速率最小，称为决速步)；H·＋O2→·OH＋O·；O·＋H2→·OH＋H·；·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。【练真题】1．(2023·新高考广东卷)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。其他条件相同时，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解析：选C。由历程图可知，使用Ⅰ和Ⅱ，R转化为M经历两步，M转化为P又经历了两步，所以反应历程都分4步进行，A项正确；由历程图可知，该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，R的浓度增大，B项正确；由历程图可知，使用Ⅱ时，第一步反应的活化能在所有反应中最大，反应速率小，反应体系达到平衡慢，C项错误；由历程图可知，使用Ⅰ时，R转化为M速率较大，而M转化为P速率较小，所以反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D项正确。2．(2023·浙江1月选考)标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。下列说法不正确的是()A．E6－E3＝E5－E2B．可计算Cl—Cl键能为2(E2－E3)kJ·mol－1C．相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ>历程ⅠD．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应的热化学方程式为ClO(g)＋O(g)=O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5—E4)kJ·mol－1解析：选C。根据历程Ⅰ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E6－E3)kJ·mol－1，根据历程Ⅱ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E5—E2)kJ·mol－1，故E6－E3＝E5－E2，A项正确；根据历程Ⅰ和历程Ⅱ可知，Cl(g)的相对能量为(E2－E3)kJ·mol－1，由于Cl2(g)的相对能量为0，故Cl2(g)=Cl(g)＋Cl(g)的ΔH＝2(E2－E3)kJ·mol－1，即Cl—Cl键能为2(E2－E3)kJ·mol－1，B项正确；历程Ⅱ使用了催化剂Cl，催化剂不能使化学平衡发生移动，故O3的平衡转化率：历程Ⅱ＝历程Ⅰ，C项错误；历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应为活化能最小的反应，即ClO(g)＋O(g)=O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1，D项正确。【练模拟】3．(2024·广东高三调研)丙烯与HBr可同时发生如下两个反应：反应Ⅰ：CH3CH=CH2＋HBr⇌CH3CH2CH2BrΔH1反应Ⅱ：CH3CH=CH2＋HBr⇌CH3CHBrCH3ΔH2其反应历程如图所示，下列说法正确的是()A．ΔH2＝Ea－EbB．升高温度，丙烯的平衡转化率增大C．相同条件下，反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ的D．改用更高效的催化剂，Ea、Eb、ΔH2均不变解析：选D。A．由题图可知，反应Ⅱ为放热反应，ΔH2＝－(Ea－Eb)，故A错误；B．由题图可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，丙烯的平衡转化率减小，故B错误；C．由题图可知，反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ的活化能，反应的活化能越大，反应速率越小，故相同条件下，反应Ⅰ的反应速率小于反应Ⅱ的，故C错误；D．改用更高效的催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，但反应物的总能量、生成物的总能量和反应的焓变不变，故D正确。4．(2024·湛江第一中学高三开学考试)反应2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－620.9kJ·mol－1分三步进行，各步的相对能量变化如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示：下列说法正确的是()A．三步分反应中决定总反应速率的是反应ⅢB．过渡状态a、b、c的稳定性：b>c>aC．反应Ⅰ、Ⅱ两步的总反应为CO(g)＋2NO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－314.3kJ·mol－1D．反应Ⅲ的逆反应活化能为534.9kJ·mol－1解析：选C。A．活化能越大，反应速率越小，根据题图可知，反应Ⅰ的活化能最大，因此三步分反应中决定总反应速率的是反应Ⅰ，A错误；B．三个图像的起始相对能量都为0，但起始物质不同，无法判断过渡状态a、b、c的稳定性大小，B错误；C．反应Ⅰ为2NO(g)⇌O—N=N—OΔH＝＋199.2kJ·mol－1，反应Ⅱ为O—N=N—O＋CO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－513.5kJ·mol－1，反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得，CO(g)＋2NO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－314.3kJ·mol－1，C正确；D．根据总反应2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－620.9kJ·mol－1和C项分析可得，反应Ⅲ为N2O(g)＋CO(g)⇌CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－306.6kJ·mol－1，反应Ⅲ的逆反应活化能＝(248.3＋306.6)kJ·mol－1＝554.9kJ·mol－1，D错误。聚焦二物质催化循环—反应历程(机理)图像1．“环式”物质催化循环图示2．物质类别的判断(1)催化剂的判断：一般地，催化剂在机理图中多是以完整的循环出现的。(2)反应物的判断：通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物。(3)中间体的判断：转化历程中生成，随之又参与下一步反应，一般不脱离整个历程。(4)生成物的判断：通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般是生成物。【练真题】1．(2023·新高考湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(Ⅱ)催化剂{用[L-Ru—NH3]＋表示}能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如下图所示。下列说法错误的是()A．Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配体NH3失去质子能力增强B．M中Ru的化合价为＋3C．该过程有非极性键的形成D．该过程的总反应式：4NH3－2e－=N2H4＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))解析：选B。由题图可知，Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L-Ru—NH3]2＋可与NH3反应生成[L-Ru—NH2]＋和NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，配体NH3失去质子能力增强，A项正确；结合题图可知，[L-Ru—NH3]2＋→[L-Ru—NH2]＋失去1个H，所带电荷数减1，则Ru化合价不变，与[L-Ru—NH2]＋相比，M中N含有1个单电子，所以Ru的化合价不是＋3，B项错误；由题图可知，反应过程中有N—N非极性键的形成，C项正确；由题图可知，总反应为4NH3－2e－=N2H4＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，D项正确。【练模拟】2．(2024·汕头模拟)CO2/C2H4耦合反应制备丙烯酸甲酯的机理如下图所示。下列叙述错误的是()A．由步骤①知，加成反应也可生成酯类物质B．反应过程中存在C—H的断裂C．该反应的原子利用率为100%D．若将步骤②中CH3I换为CH3CH2I，则产品将变为丙烯酸乙酯解析：选C。由题图可知，CO2/C2H4耦合反应制备丙烯酸甲酯的反应物为二氧化碳、乙烯和一碘甲烷，生成物为丙烯酸甲酯和碘化氢，反应的化学方程式为CO2＋CH2=CH2＋CH3Ieq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do8())CH2=CHCOOCH3＋HI。A．由题图可知，步骤①为LnNi、乙烯与二氧化碳发生加成反应生成酯，故A正确；B．由题图可知，步骤③中生成碳碳双键，存在C—H的断裂，故B正确；C．由分析可知，生成物为丙烯酸甲酯和碘化氢，故该反应的原子利用率不可能为100%，故C错误；D．由分析可知，二氧化碳、乙烯和一碘甲烷在催化剂作用下反应生成丙烯酸甲酯和碘化氢，则二氧化碳、乙烯和碘乙烷在催化剂作用下反应生成丙烯酸乙酯