专题13-新型反应机理分析(湖南专用)(解析版)

专题13新型反应机理分析【母题来源】2021年高考湖南卷第14题【母题题文】铁的配合物离子(用表示)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B．浓度过大或者过小，均导致反应速率降低C．该催化循环中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【试题解析】A．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HCOOHCO2↑+H2↑，故A正确；B．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，则会抑制加酸的电离，使甲酸根浓度降低，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；C．由反应机理可知，Fe在反应过程中，化学键数目发生变化，则化合价也发生变化，故C正确；D．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；故选D。【命题意图】本题考查陌生反应过程中的能量变化图像分析，侧重考查接受、吸收、整合化学信息的能力及分析和解决化学问题的能力，注意能够明确图像表达的化学意义。【命题方向】近几年高考试卷选择题中常出现考查陌生的反应机理分析类试题，该题型以陌生的反应历程方程式或示意图为主要信息源，但是高起点，低落点，题目陌生度高，用词新颖，但是考查的思维简单。在2022年的湖南卷化学试卷中，很可能继续出现此类题目，注意几个关键词：氧化还原、化学键、催化剂和能量。【得分要点】对于该类题，由于题型陌生，转化复杂，又涉及到图表，使得一部分基础不太好或心理素质不好的学生感到不敢下手，无从下手。其实从这几道高考题来看，往往都是起点高，落点低，只要认真分析图表，看图说话，基本都能做出该题。分析该类题型时，首先分析题目，看反应物是什么，产物是什么，以及催化剂是什么，第二分析图表，分析箭头指向，那些是进入的，那些是出来的，进入的一般是加入的反应物，出来的是生成物。第三，分析那些是先生成后消耗，这些往往是中间产物。最后一点，从历年高考题来看，题目越吓人，看着越难的题，设问或答案往往越简单。1．（2021·长沙市明德中学高三三模）Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如下图所示：下列关于活化历程的说法错误的是A．此反应的决速步骤：中间体2→中间体3B．只涉及极性键的断裂和生成C．在此反应过程中Ni的成键数目发生变化D．Ni(s)+C2H6(g)=NiCH2(s)+CH4(g)∆H=−6.57kJ·mol-1【答案】B【详解】A．中间体2→中间体3能量差值最大，该步反应的活化能最大，是化学反应的决定速率的步骤，A正确；B．反应过程涉及到C-C键断裂和C-H键形成，涉及到非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；C．根据图示可知：在此反应过程中Ni的成键数目在不断发生变化，C正确；D．Ni(s)+C2H6(g)=NiCH2(s)+CH4(g)∆H=E生成物-E反应物=-6.57kJ/mol-0kJ/mol=-6.57kJ/mo1，D正确；故合理选项是B。2．（2021·长沙市明德中学高三三模）我国研究人员研发了一种新型纳米催化剂，实现CO2和H2反应得到CH4，部分微粒转化过程如图(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)。下列说法不正确的是A．过程②吸收热量B．过程③涉及极性键的断裂和形成C．结合过程③，过程④的方程式为*C+2*OH+6H→CH4+2H2OD．整个过程中制得1molCH4转移电子的物质的量为6mol【答案】D【详解】A．由图示知，过程②涉及*CO2中化学键的断裂，需要吸收能量，A正确；B．由图示知，过程③涉及*CO中极性键断裂和生成物*OH中极性键的形成，B正确；C．由图示知，过程③对应方程式为：*CO+*O+2H→*C+2*OH，过程④反应物为*C、*OH、H，生成物为CH4和H2O，根据过程③知*C、*OH反应比例为1:2，故过程④方程式为：*C+2*OH+6H→CH4+2H2O，C正确；D．CO2转化为CH4，碳元素化合价由+4价降低为-4价，得关系式：CO2~CH4~8e-，故1molCH4生成转移电子为8mol，D错误；故答案选D。3．（2020·长沙市明德中学高三一模）据文献报道：三核铁氧簇金属节点二价铁位点能够催化CH4与N2O的反应机理如下。下列叙述正确的是A．为该反应的催化剂 B．为该反应的中间产物C．反应过程中CH4被氧化 D．该催化循环中Fe的成键数目未发生变化【答案】C【分析】由图可知反应物是CH4、N2O，生成物是CH3OH、N2，在反应开始水加入后来又生成，则是反应的催化剂，其余物质都是中间产物。【详解】A．由分析可知是中间产物，而是反应的催化剂，A错误；B．在反应开始时加入后来又生成，因此该物质是催化剂，B错误；C．该反应方程式为CH4+N2OCH3OH+N2，C元素化合价由反应前CH4中的-4价变为反应后CH3OH中的-2价，化合价升高，失去电子，被氧化，C正确；D．由图可知Fe元素的成键数目发生变化，D错误；故合理选项是C。4．（2020·长沙市·湖南师大附中高三一模）苯乙烷与Cl2在光照条件下发生一氯取代，生成两种一取代物的速率如图1，反应基本历程如图Ⅱ，下列说法不正确的是

A．反应①②③的△H>0，反应④⑤⑥的△H<0B．光照条件下，得到等物质的量的(A)和(B)时，生成(A)时需要能量更少C．使用恰当的催化剂，可以使反应②的程度减小，反应③的程度增大D．在相同条件下，由分别制备等物质的量的和，△H相等【答案】D【详解】A．①Cl-Cl，Cl-Cl键断裂，吸收能量，△H>0；②(A)+，碳氢键断裂，吸收能量，△H>0；③(B)+，碳氢键断裂，吸收能量，△H>0；故①②③的△H>0；④⑤⑥均为形成新的化学键，放出能量，△H<0，A正确；B．由图可知，A的稳定性大于B，则A的能量更低，生成AB的过程为放热反应，则得到等物质的量的(A)和(B)时，生成(A)时需要能量更少，B正确；C．使用恰当的催化剂，可以改变反应的选择性，可以使反应②的程度减小，反应③的程度增大，C正确；D．反应物相同，但是生成物不同，故△H不同，D错误；故选D。5．（2021·湖南）在超临界水中进行碳碳加成反应时存在两条不同的路径，其反应机理如图所示。下列有关说法错误的是A．比稳定B．反应生成的活化能为54.0kJ•mol-1C．生成的反应为吸热反应D．选择适当的催化剂，有可能改变不同路径产物的产量【答案】A【详解】A．根据反应机理图可知比的能量低，更稳定，故A错误；B．由图像可知，反应生成的活化能为，故B正确；C．由图可知，生成的反应为吸热反应，故C正确；D．催化剂可以改变反应的路径，所以选择适当的催化剂，有可能改变不同路径产物的产量，故D正确；故选A。6．（2021·湖南永州市·高三其他模拟）硫酸根自由基()是具有较高氧化还原电位的自由基，可以氧化很多物质。通常利用分解过硫酸盐的方式产生硫酸根自由基。碱性条件下，过硫酸钠(硫元素为+6价)活化Fe得到和(和为具有强氧化性的自由基)，去除水体中As(V)的机理模型如图所示。下列有关说法中正确的是A．中氧元素显-2价B．与As(V)共沉淀时发生了氧化还原反应C．和Fe发生的反应为D．强碱性条件下,溶液中的自由基主要为【答案】D【详解】A．中含过氧键，氧元素价态有-1价，选项A错误；B．与As(V)共沉淀时，没有元素发生化合价变化，选项B错误；C．和Fe发生反应生成和，反应为，和发生反应生成和，反应为，选项C错误；D．根据图示可知，强碱性条件下，，故强碱性条件下，溶液中的自由基主要是，选项D正确。答案选D。7．（2021·湖南衡阳市·高三二模）乙二醛(OHCCHO)与O2反应历程中所涉的反应物(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→TSl【答案】C【详解】A．乙二醛氧化历程中，反应物O2中的O=O非极性键及乙二醛中C-H极性键的断裂，A正确；B．由图可知，乙二醛氧化生成甲酸、乙醛酸或乙二酸时，生成物的总能量都小于反应物的总能量，发生反应放出热量，因此这些反应均为放热反应，B正确；C．催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不改变化学平衡状态，因此催化剂不能提高乙二醛的平衡转化率，C错误；D．乙二醛与氧气反应生成乙二酸的控速步骤为活化能最大的步骤，反应物→TS1的活化能最高，速率最慢，所以乙二醛与氧气反应生成乙二酸的控速步骤为反应物→TS1，D正确；故合理选项是C。8．（2021·湖南高三其他模拟）Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如下图所示：下列关于活化历程的说法错误的是A．活化能最大的步骤：中间体2→中间体3B．只涉及极性键的断裂和生成C．在此反应过程中Ni的成键数目发生变化D．【答案】B【详解】A．根据图示，中间体2→中间体3的步骤能量差值最大，活化能最大，故A正确；B．反应过程中涉及C-C键的断裂和C-H键的形成，涉及非极性键的断裂，不涉及非极性键的形成，故B错误；C．根据图示，过渡态1中Ni的成键数目为2，过渡态2中Ni的成键数目为3，反应过程中Ni的成键数目发生了变化，故C正确；D．根据图象，总反应是Ni+C2H6→NiCH2+CH4，反应热，因此热化学方程式为，故D正确；故选B。9．（2021·湖南永州市·高三三模）工业上用CO2合成乙酸的反应路径如图所示：下列说法错误的是A．反应过程中碳元素的化合价始终不变B．第4步反应的氧化剂是CH3COORh*IC．HI、LiOH、CH3I、CH3Rh*I、CH3COORh*I为反应的中间产物D．催化循环的总反应为CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O【答案】A【详解】A．碳元素在CH3OH中显-2价，在CH3COOH中显0价，碳元素的化合价跟成键原子的非金属性有关，故A错误；B．第4步反应为CH3COORh*I+H2=CH3COOH+Rh*+HI，氧化剂是CH3COORh*I，故B正确；C．根据每一步的反应可知，中间产物有HI、LiOH、CH3I、CH3Rh*I、CH3COORh*I，都是先生成后反应的物质，故C正确；D．根据图示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh*催化作用下生产CH3COOH和H2O，所以循环的总反应为CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O，故D正确；答案选A。10．（2021·湖南衡阳市·）已知异丁烯与HCl发生加成反应有两种可能，反应历程及能量变化如图1、图2所示：下列说法错误的是A．反应①比反应②速率快B．过渡态Ⅰ比过渡态Ⅱ稳定C．异丁烯与HCl发生加成反应的主要产物为(CH3)3CClD．异丁烯与HCl发生加成反应是放热反应，故能自发进行【答案】D【详解】A．生成①的过程所需活化能较低，则反应速率较快，故A正确；B．过渡态Ⅰ能量较低，则比过渡态Ⅱ稳定，故B正确；C．活化能越低，反应越易进行，可知异丁烯与HCl发生加成反应的主要产物为(CH3)3CCl，故C正确；D．根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，因此异丁烯与HCl发生加成反应是放热反应，但能否能自发进行还需要考虑熵变，故D错误；故选D。11．（2021·湖南常德市·高三一模）消除天然气中H2S是能源领域的热点，利用CuFe2O4表面吸附H2S时，华中科技大学李钰等研究表明有两种机理途径，如图所示。下列说法错误的是A．该吸附过程释放能量B．途径1历程中最大活化能为204.5kJ·mol-1C．H2S*=HS*+H*的速率：途径1＞途径2D．CuFe2O4在吸附过程中提供了O原子【答案】C【详解】A．该吸附过程相对能量下降，所以为释放能量，A项正确；B．途径1最大活化能为-362.6-(-567.1)=204.5kJ·mol-1，B项正确；C．H2S*=HS*+H*中，活化能途径1＞途径2，活化能越大，反应速率越慢，则反应速率途径1<途径2，C项错误；D．在吸附过程中CuFe2O4提供了O原子，D项正确；答案选C。12．Ru(钌)与Fe在元素周期表中位于同一列。如图是用钌基催化剂催化合成甲酸的过程。下列说法正确的是A．该反应的催化剂是物质Ⅰ、Ⅱ、ⅢB．H2O为参与该反应过程的循环物质C．Ru元素在该反应呈现的化合价为+2、+3D．如果该反应为放热反应，可以说明CO2和H2的总能量比HCOOH高【答案】B【详解】A．图为催化CO2(g)和H2(g)的反应生成液态HCOOH，物质Ⅰ在合成甲酸的过程中物质的量没有改变，只是改变了反应机理，所以物质I为该反应的催化剂，Ⅱ、Ⅲ为中间产物，故A错误；B．图中参与循环使用的物质只有H2O，CO2和H2完全转化为甲酸，故B正确；C．根据结构简式可判断Ru元素在该反应呈现的化合价为+2价，故C错误；D．如果该反应为放热反应，则根据示意图可知CO2(g)和H2(g)的总能量比HCOOH(l)高，故D错误；故选B。13．（2021·陕西宝鸡市·高三二模）2007年诺贝尔化学奖授予埃特尔以表彰其对于合成氨反应机理的研究，氮气和氢气分子在催化剂表面的部分变化过程如图所示，下列说法不正确的是A．升高温度不能提高一段时间内的产率B．图①→②过程吸热，图②→③过程放热C．在反应过程中三键均发生断裂D．反应过程中存在、等中间产物【答案】A【详解】A．升高温度，化学反应速率加快，可以提高一段时间内的产率，A错误；B．图①→②过程表示断裂氮气分子的化学键，断键吸热，图②→③过程表示形成氮氢单键，成键放热，B正确；C．由图①→②可知，在反应过程中三键均发生断裂，C正确；D．图③④表明反应过程中存在、等中间产物，D正确；答案为：A。14．（2021·江西抚州市·临川一中高三其他模拟）使用NC环金属化Ir(III)配合物催化甲酸脱氢的反应机理如下图。下列说法中错误的是A．甲酸脱氢过程的总反应为HCOOHCO2↑+H2↑B．反应过程中，Ir(III)配合物B为催化剂，Ir(III)配合物A为中间产物C．由D→E的过程，是甲酸协助转运H的过程D．反应过程中，HCOOH中的C=O键发生断裂【答案】D【详解】A．据图可知反应物为HCOOH，产物为H2和CO2，化学方程式为HCOOHCO2↑+H2↑，A正确；B．据图可知反应物最开始是和Ir(III)配合物B反应，所以Ir(III)配合物B是催化剂，Ir(III)配合物A为其中一步反应的产物，即中间产物，B正确；C．据图可知D→E的过程中，在甲酸协助下，H原子由一个N原子上转移到另一个N原子上，C正确；D．纵观整个过程可知HCOOH中的C=O键没有断裂，C-H键和O-H键断键形成C=O键，D错误；综上所述答案为D。15．（2021·广西南宁市·南宁三中高三三模）为应对全球气候问题，中国政府承诺“2030年碳达峰”、“2060年碳中和”。科学家使用络合物作催化剂，用多聚物来捕获二氧化碳，反应可能的过程如图所示。下列叙述错误的是A．该反应若得以推广将有利于碳中和B．反应过程中只有极性键的断裂和形成C．总反应方程式为CO2+3H2CH3OH+H2OD．开发太阳能、风能等再生能源可降低CO2、CH4温室气体的碳排放【答案】B【详解】A．碳中和指将通过植树造林、节能减排等方式，抵消自身产生的CO2等温室气体，实现相对碳的“零排放”，故A正确；B．第二、四步有H2参与反应，存在非极性键的断裂，故B错误；C．除去环上循环的物质和催化剂，总反应的反应物为CO2、H2生成物为CH3OH与H2O，故C正确；D．碳排放是指CO2、CH4等温室气体排放的简称，故D正确；故选B。16．（2021·河南新乡市·新乡县一中高三其他模拟）CH3-CH=CH-COOCH3有两种立体异构体和，由CH3CHO和Ph3P=CHCOOCH3反应制取这两种异构体的历程中能量变化如图已知：在立体结构中，实线表示该键在纸平面上，实楔形线表示该键在纸前方，虚线表示该键在纸后方。下列说法正确的是A．比稳定B．温度升高，CH3CHO的转化率减小C．生成的过程中，速率最快的是由生成的反应D．两个反应历程中，中间产物相同【答案】C【详解】A．图像中比能量高，稳定，A错误；B．图像该反应历程中生成两种物质都是吸热反应，温度升高，CH3CHO的转化率增大，B错误。C．由生成的过程活化能最小，反应速率快，C正确；D．两个反应历程中，是生成的中间产物，是生成的中间产物，两个过程中间产物不同，D错误；故选C。17．（2021·天津高三一模）CO与N2O在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步为①N2O+Fe+=N2+FeO+(慢)、②FeO++CO=CO2+Fe+(快)。下列说法正确的是

A．分子构型：CO2为直线型，N2O为V形(已知N2O中每个原子都满足8电子稳定结构)B．反应①的活化能比反应②大C．反应中每转移1mol电子，生成N2体积为11.2LD．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定【答案】B【详解】A．CO2与N2O均为三原子分子，22个电子，互为等电子体，所以均为直线型分子，故A错；B．反应①N2O+Fe+=N2+FeO+(慢)，反应②FeO++CO=CO2+Fe+(快)，由图示可知，则反应①活化能较反应②大，故B正确；C．选项中未告诉是否处于标况下，若标况下，则根据可知，每转移1mol电子，生成N2体积为11.2L，故C错；D．总反应的化学反应速率由反应较慢一步所决定，即由反应①决定，故D错；答案选B。18．（2021·天津北辰区·高三一模）如图是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质物质的能量变化关系图(Ea表示活化能)，下列说法错误的是A．增大Cl2的浓度，可提高反应速率，但不影响ΔH的大小B．第一步反应的速率小于第二步反应C．总反应为放热反应D．升高温度，Ea1、Ea2均增大，反应速率加快【答案】D【详解】A．Cl2是该反应的反应物，增大反应物的浓度，反应速率增大，但增大氯气的浓度不影响ΔH的大小，故A正确；B．第一步反应所需活化能Ea1大于第二步反应所需活化能Ea2，第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反应，故第二步反应速率更大，故B正确；C．反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，故C正确；D．Ea1、Ea2分别为第一步反应、第二步反应所需活化能，升高温度，反应所需活化能不变，即Ea1、Ea2不变，故D错误；故选D。19．（2021·济南市·山东师范大学附中高三其他模拟）铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是A．CH3I、CH3COI都是反应中间体B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO=CH3CO2HC．CH3OH＋HI=CH3I＋H2O为取代反应D．[Rh(CO)2I2]－降低了甲醇羰基化反应的活化能和焓变【答案】D【详解】A．根据图中信息，反应物为CH3OH、CO，产物为CH3CO2H，因此CH3I、CH3COI都是反应中间体，故A正确；B．根据图中信息得到甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO=CH3CO2H，故B正确；C．根据取代反应特点得出CH3OH＋HI=CH3I＋H2O为取代反应，故C正确；D．[Rh(CO)2I2]－降低了甲醇羰基化反应的活化能，但反应的焓变不变，故D错误。答案为D。20．（2021·天津）与在铁催化剂表面进行如下两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。第一步：第二步：下列叙述错误的是A．使反应的活化能减小 B．两步反应均为放热反应C．总反应为 D．第一步反应比第二步反应快【答案】D【详解】A．由题意可知，第一步Fe*被消耗，第二步Fe*又生成，说明Fe*是反应的催化剂，故A正确；B．根据反应历程图，可知两