突破09 三种不同的反应机理图-直线、循环、能垒图式
压轴题03 化学反应机理 历程 能垒图分析(原卷版)-高考化学压轴题专项训练(全国通用)
压轴题03化学反应机理/历程能垒图分析近几年来新高考地区有关反应历程和反应机理的选择题，通过构建模型，进行类比迁移考查考生的化学学科素养。
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，反应机理是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。
完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。
试题常以图像为载体，以陌生的反应历程方程式或示意图为主要信息源，高起点(题目陌生度高，往往用词新颖)，低落点(考查的思维简单)，从微观视角来考查反应机理，考查点集中在题目信息采集处理、能量、速率、平衡、结构、反应等关键考点，问题涉及到催化剂、中间产物的判断、化学反应方程式的书写及反应过程的化学键断裂与形成情况。
由于命题形式比较新颖，能较好的考察学生阅读和理解题目信息能力，且考察难度、深度比较容易调控，广度易于辐射到各模块，预计该题型在今后的高考中仍会是命题热点。
解答时注意题干信息的理解应用，通过分析化学反应过程，明确反应过程中反应物、生成物、中间物种(或中间体)、催化剂的作用和能量变化、化学键的变化等。
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多是产物；中间体：通过一个箭头脱离整个历程，但又生成的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[]”标出催化剂：催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上一、选择题：本题共20小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．（2022·山东·高考真题）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，38C H 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2．（2022·湖南·高考真题）科学家发现某些生物酶体系可以促进+H 和-e 的转移(如a、b 和c)，能将海洋中的2NO -转化为2N 进入大气层，反应过程如图所示。
押全国卷理综第13题 反应机理图分析、能垒图分析等创新题型及阿伏加德罗常数(原卷版)
押全国卷理综第13题反应机理分析、能垒图等创新题型及阿伏加德罗常数高考频度：★★★★★难易程度：★★★★☆每年高考理综化学选择题总有一些题为常考题，如阿伏加德罗常数。
也会出现一些新的题型，如无机小流程、反应机理模型图、能量变化图等。
全国卷年份题号考点分布阿伏加德罗常数无机小流程反应机理模型图其他乙卷2021I 2020 10 √2019 10√2018 10、7√ √2017II 2020 11 √2019 8 √2018 11、8√√2017 8 √甲卷2021 8 √III 2020 9 √2019 10√2018 8 √2017 10 √一、试题导图1.阿伏加德罗常数知识导图2.反应机理图与能量变化知识导图3.教材中的能量变化图示反应历程与活化能催化剂对反应历程与活化能影响人教版新教材鲁科版新教材苏教版二、解题流程——三步突破能量变化能垒图催化反应机理的分析思维模型1．（2021全国甲卷）A N 为阿伏加德罗常数的值。
下列叙述正确的是 A ．18g 重水(2D O )中含有的质子数为A 10NB ．3mol 的2NO 与2H O 完全反应时转移的电子数为A 4NC ．32g 环状8S ()分子中含有的S-S 键数为A 1ND ．1L pH=4的-12270.1mol L K Cr O 溶液中2-27Cr O 离子数为A 0.1N2．（2020全国3卷）N A 是阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是A ．22.4 L(标准状况)氮气中含有7N A 个中子B ．1 mol 重水比1 mol 水多N A 个质子C ．12 g 石墨烯和12 g 金刚石均含有N A 个碳原子D ．1 L 1 mol·L −1 NaCl 溶液含有28N A 个电子3．（2020全国1卷）铑的配合物离子[Rh(CO)2I 2]－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 ．CH 3COI 是反应中间体B ．甲醇羰基化反应为CH 3OH+CO=CH 3CO 2HC ．反应过程中Rh 的成键数目保持不变D ．存在反应CH 3OH+HI=CH 3I+H 2O4．（2020全国2卷）据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。
无机反应机理图像(能垒图、循环图、直线图)专练
3
整理与编辑 沈立鹏
【答案】Cu、Cl、H
增加氧气的通入量或增加起始时 c(Fe3+)
7．用 H2 制备 H2O2 的一种工艺简单、能耗低的方法， 反应原理如下图所示。总反应的化学方程式为___________。
【答案】H2+O2
H2O2
8．光催化降解过程中形成的羟基自由基（·OH）和超氧离子（·O2-）具有光催化能力，催化原理如图 2 所示。请
2．科学工作者研发了一种 SUNCAT 的系统，借助锂循环可持续合成氨，其原理如下图所示。下列说法不正确 的是（ ） A．过程 I 得到的 Li3N 中 N 元素为—3 价 B．过程Ⅱ生成 W 的反应为 Li3N+3H2O===3LiOH+NH3↑ C．过程Ⅲ中能量的转化形式为化学能转化为电能 D．过程Ⅲ涉及的反应为 4OH－－4e－＝O2↑+2H2O 【答案】C 【解析】A.Li3N 中锂元素的化合价为+1 价，根据化合物中各元素的代数和为 0 可知，N 元素的化合价为-3 价， A 项正确； B.由原理图可知，Li3N 与水反应生成氨气和 W，元素的化合价都无变化，W 为 LiOH，反应方程式：Li2N+3H2O ＝3LiOH+NH3↑，B 项正确； C.由原理图可知，过程Ⅲ为电解氢氧化锂生成锂单质、氧气和水，电能转化为化学能，C 项错误； D.过程Ⅲ电解 LiOH 产生 O2，阳极反应为 4OH－－4e－＝O2↑+2H2O，D 项正确。
3．热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致 NH3 产率降低。我国科研
1
人员研制了 Ti-H-Fe 双温区催化剂(Ti-H 区域和 Fe 区域的温度差可超过 100℃)。Ti-H-Fe 双温区催化合成氨的反 应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是（ ）
09第八章周环反应
例如:
Diels-Alder反应：
电环化反应： σ迁移反应：
中国药科大学
CChhiinnaa PPhhaarrmmaacceeuuttiiccaall UUnniivveerrssiittyy
反,顺-丁二烯
反式环丁烯
－对称禁阻
中国药科大学
CChhiinnaa PPhhaarrmmaacceeuuttiiccaall UUnniivveerrssiittyy
共轭三烯烃的分子轨道与成键方式
波函数 ψ4
基态
激发态
(△)
( hυ )
－
LUMO
－ HOMO
(顺旋成键）
ψ3
－
HOMO
(对旋成键） －
周环反应的特点：
1、旧键断裂、新键生成同时进行； 2、无活性中间体，只有环状过渡态； 3、反应的动力是光和热，与溶剂极性、酸碱性、自由
基引发剂关系不大；光照和加热的结果相反； 4、反应具有高度立体专一性，适合合成特定构型化合物。
周环反应的类型：
1、电环化反应 2、环加成反应 3、σ迁移反应
中国药科大学
中国药科大学
CChhiinnaa PPhhaarrmmaacceeuuttiiccaall UUnniivveerrssiittyy
有机化学反应按反应历程分成三类
类型 离子反应 自由基反应 周环反应
中间体 正、负离子 自由基
无
与溶剂关系 极性溶剂有利 关系小，气相允许 关系小，气相允许
中国药科大学
单分子反应只涉及分子的HOMO；双分子反应涉及一个分子的 HOMO和另一个分子的LUMO。
高三化学二轮复习 催化剂-化学反应历程 课件
4×1接力赛成绩，取决于跑到最慢的那个
IO开始没有反应后也没有，为中间产物
✖ A.I2浓度与N2O分解速率无关 ✔ B.第二步对总反应速率起决定作用 ✖ C.第二步活化能比第三步小 ✔ D.IO为反应的中间产物
4-根据基元反应的能量图，判断最大能垒和焓变 【典例】我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变 换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
6-催化剂活性与温度的关系考查
催
催化剂 活性
若温度偏低，反应速率则偏小；
化 效 率
若温度偏高，催化剂活性减弱。
【典例7】（ 2017天津） H2S 和 SO2 会对环境和人体健康带来极大的危害 ，工 业上采取多种方法减少这些有害气体的排放。生物脱 H2S 的原理为：
H2S + Fe2(SO4)3 =S + 2FeSO4 + H2SO4 4FeSO4 + 02 + 2H2SO4 =2Fe2(SO4)3 + 2H2O 硫杆菌存在时 FeSO4 被氧化的速率是无菌时的 5x105 倍 ，该菌的作用是__催__化__剂___； 若反应温度过高 ，反应速率下降 ，其原因是_催__化__剂__硫__杆__菌_因__蛋__白__质__变__性__而_失__去__了__催__化__性__能；
✖ D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应
3-考查快反应、慢反应与活化能的关系；中间产物和决速步骤
【典例】N2O是一种强温室气体，且易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环
境保护有重要意义。碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：
第一步 I2(g)―→2I(g) (快反应)
有机化学第4章 反应机理讲解
链引发 Cl2
光
2Cl
a
链增长 CH4 + Cl
CH3 + HCl
b
CH3 + Cl2
CH3Cl + Cl
c
链终止 2 Cl
Cl2
Cl + CH3
CH3 + CH3
CH3Cl CH3CH3Fra bibliotek精品资料
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6
（1）链引发：这是反应(fǎnyìng)起始阶段，产生一个活性自由基中间体。 （2）链增长：链引发阶段产生的活性自由基中间体和稳定分子反应(fǎnyìng)形
成另一个活性自由基中间体，使反应(fǎnyìng)链不断传递下去。 （3）链终止：破坏活性自由基中间体及减慢或终止反应(fǎnyìng)的副反应
子中间体接受亲核试剂进攻时可以从平面两侧被进攻，而且几 率相等，结果得到外消旋产物（构型保持和构型转化各为 50%）。 4.2.3.3 影响亲核取代反应的因素 (1) 卤原子对亲核取代活性的影响 C-X键键能与极性大小次序相同(xiānɡ tónɡ)： C-F＞C-Cl＞C-Br＞C-I。 因此卤代烃亲核取代反应活性次序应该是： RI＞RBr＞RCl＞RF。
A
A
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1
4.1.2 反应机理分类 有机(yǒujī)反应的实质就是化学键的旧键断裂和新键生成。
即在一定的条件下，有机(yǒujī)化合物分子中的成键电子 发生重新分布，原有的化学键断裂，新的化学键形成，从
而使原分子中原子间的组合发生了变化，新的分子产生。 4.1.2.1按化学键的断裂和生成可以将有机(yǒujī)化学反应
2021届高考化学高频考点 十 反应机理
2021届高考高频考点十：反应机理【题型特点】根据反应历程图判断催化剂、催化剂作用和选择，分析断键及能量变化；计算活化胡(能垒)等题型1：能量变化机理图例1．理论研究表明，在101 kPa 和298 K 下，HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。
下列说法错误的是( )A ．HCN 比HNC 稳定B ．该异构化反应的ΔH ＝＋59.3 kJ·mol －1C ．正反应的活化能大于逆反应的活化能D ．使用催化剂，可以改变反应的反应热【答案】 D【解析】 A 对，HCN 的能量低于HNC 的能量，能量越低越稳定；B 对，根据题图可知反应为吸热反应，该反应的ΔH ＝＋59.3 kJ·mol －1；C 对，正反应的活化能为186.5 kJ·mol －1，逆反应的活化能为186.5 kJ·mol －1－59.3 kJ·mol －1＝127.2 kJ·mol －1，故正反应的活化能大于逆反应的活化能；D 错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。
题型2：催化反应机理图（一）直线图式例1．23Pd /Al O 催化2H 还原2CO 的机理示意图如下。
下列说法不正确的是A ．H H 的断裂需要吸收能量B ．①→②，2CO 发生加成反应C ．④中，CO 被氧化为4CHD ．生成4CH 总反应的化学方程式是232242Pd/Al O CO +4H CH +2H O 【答案】C【解析】A. 断裂化学键吸收能量，则H-H 的断裂需要吸收能量，A 正确；B. 如图所示，C=O键转化为单键，为加成反应，B 正确；C. ④中，CO 转化为甲烷，C 元素的化合价降低，得到电子被还原，C 错误；D. 由图可知反应正确。
例2．氮及其化合物的转化过程如图所示。
下列分析合理的是（ ）A ．催化剂a 表面发生了极性共价键的断裂和形成B ．N 2与H 2反应生成NH 3的原子利用率为100%C ．在催化剂b 表面形成氮氧键时，不涉及电子转移D ．催化剂a 、b 能提高反应的平衡转化率【答案】B【解析】A 项，催化剂A 表面是氮气与氢气生成氨气的过程，发生的是同种元素之间非极性共价键的断裂，错误；B 项， N 2与H 2在催化剂a 作用下反应生成NH 3属于化合反应，无副产物生成，其原子利用率为100%，正确；C 项，在催化剂b 表面形成氮氧键时，氨气转化为NO ，N 元素化合价由-3价升高到+2价，失去电子，错误；D 项，催化剂a 、b 只改变化学反应速率，不能提高反应的平衡转化率，错误。
微专题1 反应历程、能垒图
微专题1 反应历程、能垒图1．(2022·安徽淮北模拟)ICl 与H 2能发生的总反应为H 2(g)＋2ICl(g)===I 2(g)＋2HCl(g) ΔH <0。
已知：①该反应分两步完成，第一步为H 2(g)＋ICl(g)===HI(g)＋HCl(g)②两步反应的活化能分别为E a1、E a2，且E a1>E a2下列判断正确的是( )A ．总反应中I 2为氧化产物B ．第一步的化学反应速率大于第二步的化学反应速率C ．已知键能：H—H>I—I ，可推知键能H—Cl<I—ClD ．第二步的化学方程式可能为HI(g)＋ICl(g)===HCl(g)＋I 2(g)答案 D解析 ICl 中I 为＋1价，故I 2为还原产物，A 错误；E a1>E a2，活化能大的化学反应速率慢，故第一步的化学反应速率小于第二步的化学反应速率，B 错误；H—Cl 的键长小于I—Cl 的键长，键长越短，键能越大，故键能：H—Cl>I—Cl ，C 错误；总反应方程式减去第一步反应方程式可得第二步的化学方程式，D 正确。
2(2022·济南历城第二中学模拟)二甲醚(CH 3OCH 3)被称为21世纪的“清洁能源”，科学家研究在酸性条件下，用甲醇可合成二甲醚，反应历程中相对能量变化如图所示。
下列叙述错误的是( )A ．循环过程中，催化剂参与了中间反应B ．该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为1.31 kJ·mol －1 C ．制约总反应速率关键步骤的基元反应方程式为―→CH 3OCH 3＋H ＋D ．总反应方程式为2CH 3OH=====催化剂CH 3OCH 3＋H 2O答案 B 解析 整个过程中H ＋是催化剂，先参与第一步反应，在最后一步反应生成，故A 正确；由图可知该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为131 kJ·mol －1，故B 错误；决定总反应速率的是活化能或能垒最高的基元反应，由图可知，该基元反应为―→CH 3OCH 3＋H ＋，故C 正确；整个过程消耗甲醇，生成二甲醚和水，故总反应为2CH 3OH=====催化剂CH 3OCH 3＋H 2O ，故D 正确。
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突破09 三种不同的反应机理图-直线图式
1．氮及其化合物的转化过程如图所示。
下列分析合理的是（ ）
A ．催化剂a 表面发生了极性共价键的断裂和形成
B ．N 2与H 2反应生成NH 3的原子利用率为100%
C ．在催化剂b 表面形成氮氧键时，不涉及电子转移
D ．催化剂a 、b 能提高反应的平衡转化率
【答案】B
【解析】A 项，催化剂A 表面是氮气与氢气生成氨气的过程，发生的是同种元素之间非极性共价键的断裂，错误；B 项， N 2与H 2在催化剂a 作用下反应生成NH 3属于化合反应，无副产物生成，其原子利用率为100%，正确；C 项，在催化剂b 表面形成氮氧键时，氨气转化为NO ，N 元素化合价由-3价升高到+2价，失去电子，错误；D 项，催化剂a 、b 只改变化学反应速率，不能提高反应的平衡转化率，错误。
2．中科院设计了一种新型的多功能复合催化剂，实现了CO 2直接加氢制取高辛烷值汽油，其过程如图。
下列有关说法正确的是（ ）
A ．在Na-Fe 3O 4上发生的反应为CO 2+H 2=CO+H 2O
B ．中间产物Fe 5
C 2的生成是实现CO 2转化为汽油的关键
C ．催化剂HZMS-5可以提高汽油中芳香烃的平衡产率
D ．该过程，CO 2转化为汽油的转化率高达78％
【答案】B
【解析】A 项，由流程图可知，CO 2+H 2在Na-Fe 3O 4催化剂表面反应生成烯烃，根据元素和原子守恒可知，其反应为：34Na-Fe O 222222CO +6H CH =CH +4H =O ，错误；B 项，中间产物Fe 5C 2是无机物转化为有机物的中间产物，是转化的关键，正确；C 项，催化剂HZMS-5的作用是加快反应速率，对平衡产率没有影响，错误；D 项，由图分析78%并不是表示CO 2转化为汽油的转化率，错误；
3．厌氧氨化法（Anammox）是一种新型的氨氮去除技术，下列说法中正确的是（）
A．1mol NH4+所含的质子总数为10N A
B．联氨（N2H4）中含有离子键和非极性键
C．过程II 属于氧化反应，过程IV 属于还原反应
D．过程I 中，参与反应的NH4+与NH2OH 的物质的量之比为1∶2
【答案】C
【解析】A项，1mol NH4+所含的质子总数为11N A，错误；B项，联氨（）中含有极性键和非极性键，错误；C项，过程II中N元素化合价升高，发生氧化反应，过程IV中N化合价降低，发生还原反应，正确；D项，过程I中，参与反应的NH4+到N2H4化合价升高1个，NH2OH到N2H4化合价降低1个，它们物质的量之比为1∶1，错误。
4．我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下。
下列说法错误的是（）
A．反应①的产物中含有水
B．汽油主要是C5~C11的烃类混合物
C．反应②中只有碳碳键形成
D．图中a的名称是2-甲基丁烷
【答案】C
【解析】A项，反应①为二氧化碳和氢气反应生成一氧化碳和水，产物中含有水，正确；B项，汽油是石油的分馏产物，主要是C5~C11的烃类混合物，正确；C项，反应②中不仅有碳碳键形成，还有碳氢键形成，错误；D 项，图中a主链有4个碳原子，2号碳上有一个甲基，所以名称是2-甲基丁烷，正确。
5．我国学者研究出一种用于催化DMO 和氢气反应获得EG 的纳米反应器，下图是反应的微观过程示意图。
下列说法中正确的是
A．Cu 纳米颗粒是一种胶体
B．DMO 的名称是二乙酸甲酯
C．该催化反应的有机产物只有EG
D．催化过程中断裂的化学健有H-H、C-O、C＝O
【答案】D
【解析】A项，Cu纳米颗粒是单质，而胶体是混合物，错误；B项，DMO的名称是乙二酸二甲酯，错误；C项，该催化反应的有机产物只有EG还有甲醇，错误；D项，CH3COO—COOCH3+4H2→CH3OH+HOCH2CH2OH，由图及反应可知催化过秳中断裂的化学健有H—H、C—O、C＝O，正确。
6．我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)＝CO2(g)＋H2(g) ΔH ＜0，在低温下获得高转化率与高反应速率。
反应过程示意图如下：
下列说法正确的是（）
A．图示显示：起始时的2个H2O最终都参与了反应
B．过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程
C．过程Ⅲ只生成了极性共价键
D．使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
【答案】A
【解析】A项，根据反应过程示意图，过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ另一个水分子中的化学键断裂的过程，过程Ⅲ中形成了新的水分子，因此起始时的2个H2O最终都参与了反应，正确；B项，根据反应过程示意图，过程Ⅰ、Ⅱ中水分子中的化学键断裂的过程，为吸热过程，错误；C项，过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气，H2中的化学键为非极性键，错误；D项，催化剂不能改变反应的△H，错误；
7．我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理；其主反应历程如图所示（H2→*H+*H）。
下列说法错误的是（）
A．二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率达100%
B．带标记的物质是该反应历程中的中间产物
C．向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率
D．第③步的反应式为*H3CO+H2O→CH3OH+*HO
【答案】A
【解析】A项，从反应②、③、④看，生成2molH2O，只消耗1molH2O，所以二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率不是100%，错误；B项，从整个历程看，带标记的物质都是在中间过程中出现，所以带标记的物质是该反应历程中的中间产物，正确；C项，从反应③看，向该反应体系中加入少量的水，有利于平衡的正向移动，所以能增加甲醇的收率，正确；D项，从历程看，第③步的反应物为*H3CO、H2O，生成物为CH3OH、*HO，所以反应式为*H3CO+H2O→CH3OH+*HO，正确。
8．我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。
该历程示意图如下，则下列说法正确的是（）
A．E为该反应的反应热
B．①→②吸收能量
C．CH4→CH3COOH过程中，有极性键的断裂和非极性键的
形成
D．加入催化剂能改变该反应的能量变化
【答案】C
【解析】A项，根据图示E为该反应的活化能，错误；B项，①→②的能量降低，过程为放热过程，错误；C项，该过程中甲烷中的C-H键断裂，为极性键的断裂，形成CH3COOH的C-C键，为非极性键形成，正确；D项，催化剂不能改变反应的能量变化，只改变反应的活化能，错误。
9．中国科技大学改进Pd/Al2O3催化H2还原CO2的生产工艺，其机理如图所示，下列说法错误的是（）
A．金属钯是优良的贮氢材料。