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1、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()AHCN比HNC稳定B该异构化反应的H59.3 kJmol1C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H59.3 kJmol1；C对，正反应的活化能为186.5 kJmol1，逆反
2、应的活化能为186.5 kJmol159.3 kJmol1127.2 kJmol1，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催化还原的机理示意图如下。下列说法不正确的是A的断裂需要吸收能量B，发生加成反应C中，被氧化为D生成总反应的化学方程式是【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. 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
3、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BN2与H2反应生成NH3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， N2与H2在催化剂a作用下反应生成NH3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。例3我国科学家使用双功能催化剂
4、(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H0，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、过程均为放热过程C过程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H【答案】A【解析】A项，根据反应过程示意图，过程中1个水分子中的化学键断裂，过程另一个水分子中的化学键断裂的过程，过程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、中水分子中的化学键断裂的过程，为吸热过程，错误；C项，过程中CO、氢氧原子团和氢原子形成
5、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；（二）循环图式例4关于下列转化过程分析不正确的是()AFe3O4中Fe元素的化合价为+2、+3B过程中每消耗58 g Fe3O4转移1 mol电子C过程的化学方程式为3FeO+H2OFe3O4+H2D该过程总反应为2H2O=O2+2H2【答案】B【解析】AFe3O4的化学式可以改写为Fe2O3FeO，则Fe3O4中Fe元素的化合价为+2、+3，故A正确；B过程：2Fe3O4（s）6FeO（s）+O2（g）当有2molFe3O4分解时，生成1mol氧气，而58 g Fe3O4的物质的量为0.25mol，故生
6、成0.125mol氧气，而氧元素由2价变为0价，故转移0.5mol电子，故B错误；C过程中FeO与水反应生成四氧化三铁和氢气，反应化学方程式为3FeO+H2OFe3O4+H2，故C正确；D过程：2Fe3O4（s）6FeO（s）+O2（g）过程II：3FeO（s）+H2O（l）H2（g）+Fe3O4（s）。则该过程总反应为2H2OO2+2H2，故D正确。例5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过程生成W的反应为Li3N+3H2O=3LiOH+NH3C过程中能量的转化形式为化学能转化为电能
7、D过程涉及的反应为4OH4eO2+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+3H2O3LiOH+NH3，B项正确；C.由原理图可知，过程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.过程电解LiOH产生O2，阳极反应为4OH4eO2+2H2O，D项正确。例6在酸性条件下，黄铁矿( FeS2)催化氧化的反应方程式为2FeS2+7O2+2H2O=2Fe2+4SO42-+4H+，实现
8、该反应的物质间转化如图所示。下列分析错误的是（ ）A反应I的离子方程式为4Fe(NO)2+O2+4H+= 4Fe3+4NO+2H2OB反应的氧化剂是Fe3+C反应是氧化还原反应D黄铁矿催化氧化中NO作催化剂【答案】C【解析】A根据图示，反应I的反应物为Fe(NO)2+和O2，生成物是Fe3+和NO，结合总反应方程式，反应的离子方程式为4Fe(NO)2+O2+4H+= 4Fe3+4NO+2H2O，故A正确；B根据图示，反应的反应物是Fe3+和FeS2，生成物是Fe2+和SO42-，反应中铁元素的化合价降低，氧化剂是Fe3+，故B正确；C根据图示，反应的反应物是Fe2+和NO，生成物是Fe(NO)
9、2+，没有元素的化合价发生变化，不是氧化还原反应，故C错误；D根据2FeS2+7O2+2H2O=2Fe2+4SO42-+4H+，反应过程中NO参与反应，最后还变成NO，NO作催化剂，故D正确；题型3：催化反应与能量变化机理图能垒图例7研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是()ACO的催化氧化反应为2COO2=2CO2B反应路径1的催化效果更好C路径1和路径2第一步能量变化都为3.22 eVD路径1中最大能垒(活化能)E正1.77 eV【答案】B【解析】由图可知CO在Pd2催化作
10、用下与氧气反应产生CO2，反应方程式为2COO2=2CO2，A正确；由图可知：反应路径2所需总的活化能比反应路径1低，反应路径2的催化效果更好，B错误；反应路径1和反应路径2的第一步能量变化都为3.22 eV，C正确；路径1的最大能垒(活化能)E正3.96 eV(5.73 eV)1.77 eV，D正确。例8水煤气变换反应为：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)。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。下列说法正确的是（ ）A水煤气变换反应的H0B步骤的化学方程式为：CO+OH+H2O(g)=CO
11、OH+H2OC步骤只有非极性键H-H键形成D该历程中最大能垒（活化能）E正=1.70eV【答案】B【解析】A项，图象分析可知水煤气的生成过程经过了过渡态1和过渡态2，最后生成产物的能量低于反应物，反应的焓变H小于0，错误；B项，结合此图分析判断，是发生的过渡反应：CO+OH+H2O(g)=COOH+H2O，正确；C项，步骤中H-O键原反应物中已经存在，则形成的化学键包括极性键C=O，非极性键H-H键形成，错误；D项，该历程中最大能垒(活化能)E正=1.86eV-(-0.16eV)=2.02eV，错误。例9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。
12、我国科研人员研制了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（ ）A为氮氮三键的断裂过程B在低温区发生，在高温区发生C为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程D使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应【答案】C【解析】A项，根据图示，为氮分子的吸附在催化剂表面的过程，氮氮三键没有断裂，错误；B项，在高温区发生，提高反应速率，在低温区发生，促进平衡正向移动，错误；C项，根据图示为，N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递，正确；D项，反应的焓变只与
13、反应体系的始态和终态有关，与催化剂无关，错误。【解题模型】对于反应机理图的分析，最基本的是判断反应物，产物以及催化剂；一般的，催化剂在机理图中多是以完整的循环出现的；反应物则是通过一个箭头进入整个历程的物质；而产物一般多是通过一个箭头最终脱离整个历程的物质。【真题感悟】12020新课标铑的配合物离子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ACH3COI是反应中间体B甲醇羰基化反应为CH3OH+CO=CH3CO2HC反应过程中Rh的成键数目保持不变D存在反应CH3OH+HI=CH3I+H2O22020新课标据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示
14、。下列叙述错误的是AOH-参与了该催化循环B该反应可产生清洁燃料H2C该反应可消耗温室气体CO2D该催化循环中Fe的成键数目发生变化2020天津卷理论研究表明，在101kPa和298K下，异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是AHCN比HNC稳定B该异构化反应的C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2018海南炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是A每活化一个氧分子吸收0.29eV能量B水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVC氧分子的活化是OO的断裂与CO键的生成过程D炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂 2018北京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。下列说法不正确的是A生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%BCH4CH3COOH过程中，有CH键发生断裂C放出能量并形成了CC键D该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率2019全国卷，28(3)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
