2025年高考化学专项复习：化学反应中的热效应与反应机理（解析版）

专题十一化学反应中的热效应与反应机理

考情概览：解读近年命题思路和内容要求，统计真题考查情况。

2024年真题研析：分析命题特点，探寻常考要点，真题分类精讲。

近年真题精选：分类精选近年真题，把握命题趋势。

必备知识速记：归纳串联解题必备知识，总结易错易混点。

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考情概览

命题解读考向

分析近年高考试题，高考中有关化学反应的热效应内容的考查在选

考向一化学反应中的能量变化

择题和主观题中都会涉及，在选择题中考查的主要形式有两种：一

是考查简单的化学反应能量变化形式和能源对自然环境和社会发展

的影响；二是以陌生的化学反应机理图为载体进行考查，涉及的知考向二有关反应热的计算

识点较多，从近年考题的精况看，可将化学反应机理考查分为三个

热点：一是反应过程中的能量变化：二是反应过程中的微粒变化：考向三化学反应历程、机理图分析

三是机理与化学反应速率和化学平衡的关系。

2024年真题研析

命题分析

分析2024年高考化学试题可以看出，对于化学反应中的热效应的考查，在非选择题中主要考查盖斯定律的

应用，在选择题中则主要考查化学反应中能量变化的特点和相关判断，以及反应能量变化图分析。对于反应机理

的考查则依然保持了往年的命题特点，涉及的知识点丰富，如物质结构、能量变化、化学键、氧化还原反应、反

应速率等。

试题精讲

考向一化学反应中的能量变化

1.（2024•全国甲卷）人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期，现正向新能源方向高质量发展。下列有

关能源的叙述错误的是

A.木材与煤均含有碳元素B.石油裂化可生产汽油

C.燃料电池将热能转化为电能D.太阳能光解水可制氢

【答案】C

【解析】A.木材的主要成分为纤维素，纤维素中含碳、氢、氧三种元素，煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂

的变化逐渐形成的固体，是有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，A正确；

B.石油裂化是将相对分子质量较大、沸点较高的煌断裂为相对分子质量较小、沸点较低的炫的过程，汽油的相

对分子质量较小，可以通过石油裂化的方式得到，B正确；

C.燃料电池是将燃料的化学能变成电能的装置，不是将热能转化为电能，C错误；

D.在催化剂作用下，利用太阳能光解水可以生成氢气和氧气，D正确；

故答案选C。

2.(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)一Y(g)(AH1<0),

Y(g)Z(g)(AH2<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

过渡态I过渡£2

D.FA/

反应进■程

【答案】B

【分析】由图可知，反应初期随着时间的推移X的浓度逐渐减小、Y和Z的浓度逐渐增大，后来随着时间的推

移X和Y的浓度逐渐减小、Z的浓度继续逐渐增大，说明X(g).*Y(g)的反应速率大于Y(g)RZ(g)的反应速率，

则反应X(g)XY(g)的活化能小于反应Y(g)=Z(g)的活化能。

【解析】A.X(g)lY(g)和Y(g)lZ(g)的AH都小于0,而图像显示Y的能量高于X,即图像显示X(g)lY(g)

为吸热反应，A项不符合题意；

B.图像显示X(g)・Y(g)和Y(g)—Z(g)的AH都小于0,且X(g)-Y(g)的活化能小于Y(g)*1Z(g)的活化能,B

项符合题意；

C.图像显示X(g).-Y(g)和Y(g)-Z(g)的AH都小于0,但图像上X(g)kY(g)的活化能大于Y(g)=Z(g)的活化

能，C项不符合题意；

D.图像显示X(g)=Y(g)和Y(g)kZ(g)的AH都大于0,且X(g)『-Y(g)的活化能大于Y(g)kZ(g)的活化能，D

项不符合题意；

选B。

3.(2024•甘肃卷)甲烷在某含Mo催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是

的在

1，

骤构

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快、氧工

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雅宅要.【【....【【

(A3*ACBC活D故考4C下ABCD

Ca(OH)2环境下脱去HC1生成物质Y(,Y在H+环境水解引入羟基再脱H+得到主产物Z；Y与CO2可

发生反应得到物质P(

【解析】A.据分析，产物M有2种且互为同分异构体(不考虑立体异构)，A正确;

B.据分析，H+促进Y中酸键的水解，后又脱离，使Z成为主产物，故其可提高Y-Z转化的反应速率，B正

确；

弋'H-"OHVH,.

C.从题干VT-----------►CHISH.部分可看出，是a处碳氧键断裂，故a处碳氧键比b处更易断裂，C正确;

^HrOH

D.Y-P是CO2与Y发生加聚反应，没有小分子生成，不是缩聚反应，该工艺有利于消耗CO2,减轻温室效应，

D错误;

故选D。

5.(2024.贵州卷)AgCN与CH3CH2Br可发生取代反应,反应过程中CN-的C原子和N原子均可进攻CH3cH?Br,

分别生成月青(CH3CH2CN)和异月青(CH3cH?NC)两种产物。通过量子化学计算得到的反应历程及能量变化如图(TS

为过渡态，I、II为后续物)。

CH3

能量⑸%*

N，%.I

IIIBr/'

\Ag---Br

异月青Z*/--XT.piipun'

CH3CH2NC+AgBr/AgCN+gH3cHsBr\

-xn/：

CHCHN=C---Ag--Br\CH3CH2CN+AgBr

32一

CH3cH2c三N--Ag•-Br

反应进程反应进程

由图示信息，下列说法错误的是

A.从CH3cH?Br生成CH3cH?CN和CH3cH?NC的反应都是放热反应

B.过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3cHaBr的a-C而形成的

C.I中“N—Ag”之间的作用力比H中“C—Ag”之间的作用力弱

D.生成CH3cH?CN放热更多，低温时CH3cH?CN是主要产物

【答案】D

【解析】A.由反应历程及能量变化图可知，两种路径生成的产物的总能量均低于反应物，故从C区CHzBr生成

CH3CH2CN和CH3cH2NC的反应都是放热反应，A项正确；

B.与Br原子相连的C原子为a-C,由反应历程及能量变化图可知，过渡态TS1是由CN的C原子进攻CH3cH?Br

的a-C,形成碳碳键，B项正确；

C.由反应历程及能量变化图可知，后续物I、II转化为产物，分别断开的是N-Ag和C--Ag,且后者吸收更多

的能量，故I中“N-Ag”之间的作用力比n中“c-Ag”之间的作用力弱，C项正确；

D.由于生成CH3cH?CN所需要的活化能高，反应速率慢，故低温时更容易生成CH3cHaNC,为主要产物，D

项错误；

故选D。

6.（2024・河北卷）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO?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C。?，使放电时CO2还原产物为MgC204。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（*表不吸附态）。

——•

——易枝2

2・•・-•用户3

・H,N八八X人'CO：••CO

o，、HB二1-皿

♦CO】二二二

\♦♦CO；J,,M遥0】

,M&0.

-2

下列说法错误的是

0

捕获的反应为ZX+C2

A.PDACO?HNS^NH2°

0

B.路径2是优先路径，速控步骤反应式为

*C20；'+

H2NNH2

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*co；转化，路径2、3的速控步骤均伴有PDA再生

【答案】D

【解析】A.根据题给反应路径图可知，PDA（1,3-丙二胺）捕获CO2的产物为,因

此PDA捕获CO?的反应为+C0,,故A正确;

H2NNH2

B.由反应进程一相对能量图可知，路径2的最大能垒最小，因此与路径1和路径3相比，路径2是优先路径,

且路径2的最大能垒为*CO；f*。2。：一的步骤，据反应路径2的图示可知，该步骤有参

.一0_____1一

+ekC,4+

与反应，因此速控步骤反应式为*-*°H2NNHZ，故B正确;

MN|i

C.根据反应路径图可知，路径1、3的中间产物不同，即经历了不同的反应步骤，但产物均为*MgCOs，而路径

2、,产物分别为*MgCR和*MgCC>3,故C正确;

D.根据反应路径与相对能量的图像可知，三个路径的速控步骤中*CO；都参与了反应，且由B项分析可知，路

径2的速控步骤伴有PDA再生，但路径3的速控步骤为*CO；得电子转化为*CO和*CO；,没有PDA的生成,

故D错误；

故答案为：D。

近年真题精选

考向一化学反应中的能量变化

1.（2023•湖北卷）2023年5月10日，天舟六号货运飞船成功发射，标志着我国航天事业进入到高质量发展新

阶段。下列不能作为火箭推进剂的是

A.液氮-液氢B,液氧-液氢C.液态NO?一月井D.液氧-煤油

【答案】A

【解析】A.虽然氮气在一定的条件下可以与氢气反应，而且是放热反应，但是，由于NmN键能很大，该反应

的速率很慢，氢气不能在氮气中燃烧，在短时间内不能产生大量的热量和大量的气体，因此，液氮-液氢不能作

为火箭推进剂，A符合题意；

B.氢气可以在氧气中燃烧，反应速率很快且放出大量的热、生成大量气体，因此，液氧-液氢能作为火箭推进剂，

B不符合题意；

C.脱和NO?在一定的条件下可以发生剧烈反应，该反应放出大量的热，且生成大量气体，因此，液态NO?一脱

能作为火箭推进剂，C不符合题意；

D.煤油可以在氧气中燃烧，反应速率很快且放出大量的热、生成大量气体，因此，液氧-煤油能作为火箭推进剂，

D不符合题意；

综上所述，本题选A。

2.（2022.天津卷）一定条件下，石墨转化为金刚石吸收能量。下列关于石墨和金刚石的说法正确的是

A.金刚石比石墨稳定

B.两物质的碳碳c键的键角相同

C.等质量的石墨和金刚石中，碳碳。键数目之比为4：3

D.可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨

【答案】D

【解析】A.石墨转化为金刚石吸收能量，则石墨能量低，根据能量越低越稳定，因此石墨比金刚石稳定，故A

错误；

B.金刚石是空间网状正四面体形，键角为109。281石墨是层内正六边形，键角为120。，因此碳碳G键的键角不

相同，故B错误；

C.金刚石是空间网状正四面体形，石墨是层内正六边形，层与层之间通过范德华力连接，Imol金刚石有2moi

碳碳。键，Imol石墨有1.5mol碳碳0键，因此等质量的石墨和金刚石中，碳碳◎键数目之比为3：4,故C错误；

D.金刚石和石墨是两种不同的晶体类型，因此可用X射线衍射仪鉴别，故D正确。

综上所述，答案为D。

3.(2021・广东卷)“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学，长征系列运载火箭使用

的燃料有液氢和煤油等化学品。F列有关说法正确的是

A.煤油是可再生能源

B.H2燃烧过程中热能转化为化学能

C.火星陨石中的2<>Ne质量数为20

D.月壤中的3He与地球上的3H互为同位素

【答案】C

【解析】

A.煤油来源于石油，属于不可再生能源，故A错误；

B.氢气的燃烧过程放出热量，将化学能变为热能，故B错误；

C.元素符号左上角数字为质量数，所以火星陨石中的2(>Ne质量数为20,故C正确；

D.同位素须为同种元素，3He和3H的质子数不同，不可能为同位素关系，故D错误；

故选C。

考向二有关反应热的计算

4.(2022.浙江卷)标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：

物质HOHO

(g)OHHOHOOH2O2222

能量/kJ•mol"249218391000-136-242

可根据H。(g)+H。(g)=H2。2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214kJ.mo『。下列说法不亚确的是A.H2的键

能为436kJ-mo「

B.的键能大于HQ?中氧氧单键的键能的两倍

C.解离氧氧单键所需能量：HOO<H2O2

1

D.H2O(g)+O(g)=H2O2(g)AH-USkJ-moF

【答案】C

【解析】A.根据表格中的数据可知，凡的键能为218x2=436kJ.mol」，A正确；

B.由表格中的数据可知。2的键能为：249x2=498kJ.mo『，由题中信息可知H?。？中氧氧单键的键能为

214kJ-mor1,则。2的键能大于HQ?中氧氧单键的键能的两倍，B正确；

C.由表格中的数据可知HOO=HO+O,解离其中氧氧单键需要的能量为249+39-10=278kJ-mo「，凡0?中氧氧

单键的键能为214kJ.mo『，C错误；

D.由表中的数据可知H2O(g)+O(g)=H25(g)的411=-136-249-(-242)=-143111110『，D正确；

故选C

5.(2022•重庆卷)“千畦细浪舞晴空"，氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱，设计如

图所示的循环过程，可得△H4/(kJ・moH)为

【答案】C

【解析】①NH4Cl(s)=NH：(g)+C1(g)_H1=+698%o］；

S

②NH4C1()=NH：(叫)+C1(aq)..H2=+15%。］：

③Cr(g)=C1(aq)一出=-378%0］；

④1(NH4)2SO4(s)=NH；(g)+1SO：(g)H4；

⑤1(NH4)2SO4(S)=NH：(aq)+1SO：(aq)一国=+3%。］；

⑥;SO；(g)=gsO；(aq)_H6=-530%o］；则⑤+①-⑥-②+③得④，得到=+838khmol1,所以ABD错误，C

正确，

故选Co

6.(2021•浙江卷)相同温度和压强下，关于反应的AH,下列判断正确的是

♦I(f>-Mf)♦----------*唧

7O

A.AH1>0,AH2>0B.AH3=AH1+AH2

c.AH1>AH2,AH3>AH2D.AH2=AH3+AH4

【答案】c

【分析】

一般的烯煌与氢气发生的加成反应为放热反应，但是，由于苯环结构的特殊性决定了苯环结构的稳定性，苯与氢

气发生加成反应生成1,3-环己二烯时，破坏了苯环结构的稳定性，因此该反应为吸热反应。

【解析】

A.环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，因此，AHiVO,AH2Vo,A不正确；

B.苯分子中没有碳碳双键，其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的共价键，因此，其与氢气完全加成的

反应热不等于环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和，即AH,WAH]+AH2,B不正

确；

C.环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放反应，△其〈0,小凡〈0,由于Imoll,3-环己二

烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍，故其放出的热量更多，其AH]>AHz；苯与氢气发生加

成反应生成1,3-环己二烯的反应为吸热反应（AH4>0）,根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热

AH3=AH4+AH2,因此AH?>AH2,C正确；

D.根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热AH3=AH4+AH2,因此AH?=AH3-AH。D不正确。

综上所述，本题选C。

考向三化学反应历程、机理图分析

7.（2023•新课标卷）“脱合成酶”以其中的Fe?+配合物为催化中心，可将NH20H与NH3转化为月井（Nf^NH?）,其

A.NH2OH,NH3和H?。均为极性分子

B.反应涉及N-H、N-O键断裂和N-N键生成

C.催化中心的Fe?+被氧化为Fe3+,后又被还原为Fe?+

D,将NH20H替换为NQOD,反应可得ND^ND?

【答案】D

【解析】A.NH2OH,NH3,H2O的电荷分布都不均匀，不对称，为极性分子，A正确；

B.由反应历程可知，有N—H,N—0键断裂，还有N—H键的生成，B正确；

C.由反应历程可知，反应过程中，Fe2+先失去电子发生氧化反应生成Fe3+,后面又得到电子生成Fe?+,C正确；

D.由反应历程可知，反应过程中，生成的NH2NH2有两个氢来源于NH3,所以将NH20H替换为ND2OD,不可

能得至1JND2ND2,得至1JND2NH2和HDO,D错误；

故选D。

8.（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

+

(n)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(m)后，配体NH3失去质子能力增强

B.M中Ru的化合价为+3

C.该过程有非极性键的形成

D.该过程的总反应式：4NH3-2e-=N2H4+2NH：

【答案】B

【解析】A.Ru(n)被氧化至Ru(III)后，［L-Ru-NH3r中的Ru带有更多的正电荷，其与N原子成键后，Ru吸

引电子的能力比Ru(II)强，这种作用使得配体NH?中的N—H键极性变强且更易断裂，因此其失去质子(H+)

的能力增强，A说法正确；

B.口11(11)中口11的化合价为+2,当其变为Ru(IH)后，Ru的化合价变为+3,Ru(III)失去2个质子后，N原子产生

--|+

T1个孤电子对，Ru的化合价不变；M为L-Ru-NH2,当［L-Ru-NHj*变为M时，N原子的孤电子对拆

为2个电子并转移给Rui个电子，其中Ru的化合价变为+2,因此，B说法不正确；

C.该过程M变为［L-RU-NH2-NH2-RU-L］3^有N-N键形成，N-N是非极性键，C说法正确；

D.从整个过程来看，4个NH3失去了2个电子后生成了1个N2H4和2个NH：,Ru(II)是催化剂，因此，该过

程的总反应式为4NH3-2片=N2H4+2NH：,D说法正确；

综上所述，本题选B。

9.(2022.湖南卷)反应物(S)转化为产物(P或PZ)的能量与反应进程的关系如下图所示：

A.进程I是放热反应B.平衡时P的产率：11>1

C.生成P的速率：III>IID.进程IV中，Z没有催化作用

【答案】AD

【解析】A.由图中信息可知，进程I中S的总能量大于产物P的总能量，因此进程I是放热反应，A说法正确；

B.进程II中使用了催化剂X,但是催化剂不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B说法

不正确；

C.进程III中由S・Y转化为P-Y的活化能高于进程II中由S・X转化为P-X的活化能，由于这两步反应分别是两

个进程的决速步骤，因此生成P的速率为III<n,c说法不正确；

D.由图中信息可知，进程IV中S吸附到Z表面生成S・Z,然后S・Z转化为产物P・Z,由于P・Z没有转化为P+Z,

因此，Z没有表现出催化作用，D说法正确；

综上所述，本题选AD。

10.（2022•山东卷）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，C3H8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

【答案】D

【解析】A.根据反应机理的图示知，含N分子发生的反应有NO+QOH=NO2+-OH、NO+NO2+H2O=2HONO>

NO2+C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+OH,含N分子NO、NCh、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4

价、+3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A项正确；

B.根据图示，由NO生成HONO的反应历程有2种，B项正确；

C.NO是催化剂，增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变，C项正确；

D.无论反应历程如何，在NO催化下丙烷与02反应制备丙烯的总反应都为2c3H8+02^^,2C3H6+2比0,当

主要发生包含②的历程时，最终生成的水不变，D项错误；

答案选D。

11.（2021•山东卷）18。标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为：

*80-

18。Il«O

+OH-一；,H；C——C——OCH；-™,+CH3。能量变化如图所

HjC—C—OCH3IH3C—C——OH

18OH

一1一OCH、为快速平衡，下列说法正确的是

t

示。已知H^C——C—OCHJ5=H3C

II/一C-OM

♦

A.反应H、III为决速步

B.反应结束后，溶液中存在18OH-

C.反应结束后，溶液中存在CH3I8OH

D.反应I与反应IV活化能的差值等于图示总反应的焰变

【答案】B

【解析】A.一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应I和反应IV的活化能较高，因此反

应的决速步为反应I、IV,故A错误；

1SOH

B.反应I为加成反应，而H；C------COCH、与H3cCOCH3为快速平衡，反应U的成键和断键方

l80-”0H、

式为