2025届高三高考化学二轮复习+题型突破15　物质能量、能垒变化图像含答案

2025届高三高考化学二轮复习题型突破15物质能量、能垒变化图像1.(2023·浙江6月选考)一定条件下,1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成,反应如下:反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知:反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应),下列说法不正确的是()A.反应焓变:反应Ⅰ>反应ⅡB.反应活化能:反应Ⅰ<反应ⅡC.增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例D.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ2.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的X(g),发生下列反应:X(g)Y(g)(ΔH1<0),Y(g)Z(g)(ΔH2<0),测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是()3.(2023·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考情分析:本题型以反应历程的能量变化图示为载体,主要考查信息获取与加工,逻辑推理与论证能力。考查角度:(1)依据能量图示判断吸、放热。(2)依据活化能大小判断反应速率大小。(3)依据反应物和生成物书写方程式。(4)键能计算、反应热计算及盖斯定律的应用。1.过渡态A+B—C[A…B…C]A—B+C备注:(1)以上为一种基元反应,其中正反应活化能Ea正=b-a,逆反应活化能Ea逆=b-c,ΔH=Ea正-Ea逆=c-a。(2)过渡态(A…B…C)不稳定。2.中间体备注:处于能量最高点的是反应的过渡态,在多步反应中两个过渡态之间的是中间体,中间体很活泼,寿命很短,但是会比过渡态更稳定些。3.能垒与决速反应步(1)反应历程中的最大能垒是指正反应过程中最大相对能量的差值,可以用估算法进行确定。(2)正反应活化能越大,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。(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.(2024·台州高三质量评估)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:下列说法不正确的是()A.三步反应中决定总反应速率的是反应ⅠB.Ⅰ、Ⅱ两步的总反应为CO(g)+2NO(g)CO2(g)+N2O(g)ΔH=-513.5kJ·mol-1C.根据图像无法判断过渡状态a、b、c的稳定性相对高低D.反应Ⅲ逆反应的活化能EaⅢ(逆)=554.9kJ·mol-12.(2024·浙南名校联盟联考)反应S2O82−(aq)+2I-(aq)2SO42−(aq)+I2(aq)在加入Fe3+后反应进程中的能量变化如图,已知反应机理中有Fe2+出现。下列有关该反应的说法正确的是(A.步骤①的热化学方程为2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)ΔH=(E3-E1)kJ·mol-1B.决速步是第②步C.升高温度可以更容易检测到Fe2+D.无Fe3+时,反应的活化能小于E3-E2,但是ΔH相同3.(2024·宁波第一学期模拟)25℃时,固体酸分子筛催化乙醇脱水,乙醇的分子间脱水和分子内脱水过程与相对能量变化如图所示:已知产物1为乙烯,产物2为乙醚,下列说法不正确的是()A.乙醇通过氢键吸附于固体酸分子筛表面并放出热量B.生成产物2的决速步活化能为60.1kcal·mol-1C.生成产物1的热化学方程式为CH3CH2OH(l)CH2CH2(g)+H2O(l)ΔH=+13.8kcal·mol-1D.升高温度、延长反应时间及选择合适催化剂均可提高产物1的产率4.在电解质水溶液中,其他条件相同的情况下,CO2在三种不同催化剂(a、b、c)上电还原为CO的反应历程中相对能量变化如图所示。下列说法错误的是()A.电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2OB.使用b催化剂时反应速率最快C.使用c催化剂时反应更容易发生D.升高温度,三种历程的速率不一定都增大5.(2024·海口模拟)氢气可将CO2还原为甲烷:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),科学家研究在催化剂表面上CO2与H2反应的前三步历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法正确的是()A.起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂B.该转化反应的速率取决于Ts3的能垒C.前三步历程中最小能垒步骤的化学方程式为·CO+3H2(g)+H2O(g)·CO+·OH+·H+3H2(g)D.物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会放出热量三步突破能量变化—活化能(能垒)图参考答案题型突破15物质能量、能垒变化图像真题导航1.C[A.根据盖斯定律,ΔHⅡ=ΔHⅠ+ΔHⅢ,则ΔHⅠ-ΔHⅡ=-ΔHⅢ>0,即ΔHⅠ>ΔHⅡ,因此反应焓变:反应Ⅰ>反应Ⅱ,故A正确;B.短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多,说明反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的速率快,速率越快,其活化能越小,则反应活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,故B正确;C.增加HCl浓度,平衡正向移动,但平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例可能降低,故C错误;D.根据图中信息,反应时间较短时反应速率反应Ⅰ远大于反应Ⅱ,则选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的产物Ⅰ,故D正确。]2.B[由题图可知,生成Y的速率大于生成Z的速率,则第一步反应的活化能比第二步反应的活化能小,C项、D项错误;结合ΔH1、ΔH2均小于0可知,两步反应均为放热反应,故反应物总能量高于生成物总能量,则能量:X>Y>Z,A项错误,B项正确。]3.C模拟预测1.B2.C3.D[A.根据过程能量示意图可知,乙醇通过氢键吸附于固体酸分子筛表面并放出热量,A正确;B.生成产物2的决速步对应活化能最大,对应数值:(9.3+50.8)kcal·mol-1=60.1kcal·mol-1,B正确;C.根据过程能量示意图可知,生成产物1的热化学方程式为CH3CH2OH(l)CH2CH2(g)+H2O(l)ΔH=+13.8kcal·mol-1,C正确;D.反应存在限度,延长反应时间及选择合适催化剂不能提高转化率,D错误。]4.B[从题图可知反应物是CO2和2个H+得2个e-生成CO和H2O,总反应为CO2+2H++2e-CO+H2O,A正确;使用c催化剂时,活化能最小,反应速率最快,反应更容易发生,B错误,C正确;升高温度,可能使催化剂失活,从而使反应速率降低,D正确。]5.A[根据图示可知,起始到Ts1历程中H2分子部分变成·H,则发生了H—H非极性共价键的断裂,A项正确;在前三步历程中,Ts1的能垒最大,为决速反应,B项错误;从图中可知,在前三步历程中,Ts3的能垒最低,此步反应的化学方程式为·CO+·OH+·H+3H2(g)·CO+3H2(g)+H2O(g),C项错误;由过渡态的能量变化可知,物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程能量升高,吸收热量,D项错误。]2025届高三高考化学二轮复习题型突破16催化循环反应机理图1.(2021·浙江6月选考)制备苯甲酸甲酯的一种反应机理如图(其中Ph-代表苯基)。下列说法不正确的是()A.可以用苯甲醛和甲醇为原料制备苯甲酸甲酯B.反应过程涉及氧化反应C.化合物3和4互为同分异构体D.化合物1直接催化反应的进行2.(2024·河北卷)阅读以下材料,完成该题。我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。对上述电池放电时CO2的捕获和转化过程开展了进一步研究,电极上CO2转化的三种可能反应路径及相对能量变化如图(*表示吸附态)。下列说法错误的是()A.PDA捕获CO2的反应为+CO2B.路径2是优先路径,速控步骤反应式为*CO2∗−++e-*C2O42−C.路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同;路径2、3起始物相同但产物不同D.三个路径速控步骤均涉及*CO2∗−转化3.(2023·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+2NH4考情分析:本题型围绕微粒组成、微粒变化、微粒之间的作用力、化合价的变化。化学键的变化设置,考查学生提取信息、推理论证的能力。考查角度:(1)宏观变化,示意图是以物质的形式呈现。(2)微观变化,示意图是以结构简式或结构式形式呈现。1.机理图的解读在机理图中,先找到确定的反应物,反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的物质(产物一般多是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质),与之同时反应的就是催化剂,并且经过一个完整循环之后又会生成;中间产物则是这个循环中的任何一个环节。如下图所示:2.催化反应机理题的解题思路(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,以催化剂粒子为主题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、中间物质(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大多是生成物中间体通过一个箭头脱离整个历程,又由一个箭头进入整个历程的物质是中间体,中间体有时在反应历程中应用“[]”标出(2)逐项分析得答案根据第一步由题给情境信息,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。1.(2024·义乌五校联考)甲酸(HCOOH)可在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,经下列历程实现NO3−的催化还原。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法不正确的是(A.生产中将催化剂处理成纳米级颗粒可增大甲酸分解的速率B.在整个历程中,每1molH2可还原2molNOC.HCOOH分解时,只有极性共价键发生了断裂D.反应历程中生成的H+可调节体系pH,有增强NO32.(2024·浙江高三模拟)过氧硫酸氢根(HSO5−)参与烯烃的不对称环氧化反应的机理如图,下列说法不正确的是(A.该反应有水生成B.利用此反应可将乙烯氧化为环氧乙烷C.过氧硫酸氢根是该反应的催化剂D.通过调节环境的酸碱性,可以控制部分极性共价键的断裂3.(2024·浙江全真模拟卷)通过Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)之间的转化,将天然烷烃R—H转变为增值精细化学品,该过程曾被誉为合成化学的“圣杯”,转化过程如图所示。下列有关说法错误的是()A.制备增值精细化学品的催化剂为[LnFeⅡ]B.反应④⑤,均有自由基参加的非氧化还原反应C.制备增值精细化学品的总反应为D.反应③中有机物发生还原反应4.(2023·全国新课标卷)“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心,可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2),其反应历程如下所示。下列说法错误的是()A.NH2OH、NH3和H2O均为极性分子B.反应涉及N—H、N—O断裂和N—N生成C.催化中心的Fe2+被氧化为Fe3+,后又被还原为Fe2+D.将NH2OH替换为ND2OD,反应可得ND2ND25.(2024·北京一六一中学测试)科研人员提出CeO2催化合成DMC需经历三步反应,反应历程如图所示。下列说法正确的是()A.反应①、②、③中均有O—H的断裂B.生成DMC的总反应的原子利用率为100%C.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率D.DMC与过量NaOH溶液反应可生成Na2CO3和甲醇参考答案题型突破16催化循环反应机理图真题导航1.D[A.由图中信息可知,苯甲醛和甲醇分子在化合物2的催化作用下,参与催化循环,最后得到产物苯甲酸甲酯,故A项正确;B.由图中信息可知,化合物4在H2O2的作用下转化为化合物5,即醇转化为酮,该过程是失氢的氧化反应,故B项正确;C.化合物3和化合物4所含原子种类及数目均相同,结构不同,两者互为同分异构体,故C项正确;D.由图中信息可知,化合物1在NaH的作用下形成化合物2,化合物2再参与催化循环,所以直接进行催化反应的是化合物2,化合物1间接进行催化反应,故D项错误。]2.D[由路径2可知,PDA捕获CO2生成,A项正确;由题给信息可知,路径2为优先路径,由能量变化图可知,路径2中*CO2∗−转化为∗C2O42−的活化能最大,是速控步骤,反应式为*CO2∗−++e−∗C2O42−+,B项正确;由题图中路径1和路径3的物质转化关系可知,二者经历的步骤不同,但产物均为*MgCO3,路径