高考化学专项复习：反应历程（“环式”反应）图及分析 专项练习（原卷版）

专题16反应历程（“环式”反应）图及分析（图像14秒杀）

-2025年高考化学选择压轴题图像专项突破秒杀技巧及专项

练习（原卷版）

反应历程（“环式”反应）图及分析秒杀思想

模型：特征:许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两

个或多个步骤完成的复杂反应。

基元反应：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应都称为基元反应。对

于基元反应qA+bB=gG+/?H,其速率方程可写为尸》c“（A）於（B）（其中左称为速率常

数，恒温下，上不因反应物浓度的改变而变化），这种关系可以表述为基元反应的化学反

应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幕的乘积成正比。

模型：“环式”反应

关键要点分析

对于“环式”反应过程图像，

①位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧，“入环”的物质为反应

物，如①和④

②“出环”的物质为生成物，如②和③

催化剂与中间产物

关键要点分析

催化剂：（重点）在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从

结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。

中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅

从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。

上图中在含少量r的溶液中，出。2分解的机理为：

H2O2+rtH20+KT慢

H2O2+IO^O2+I+H2O快

在该反应中r为催化剂，10-为中间产物。

而在机理图中，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

中，Moth则是该反应的催化剂，图中剩余的三个物质均为中间产物。

催化反应机理题的解题思路（找准一“剂”三“物”）

①一“齐『'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

②三“物”指反应物、生成物、中间物种（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

特别注意：催化剂三大特征

催化剂是通过降低反应活化能，从而改变了反应的途径，此即催化剂加速化学反应

的主要原因所在。总结起来，催化剂的特征主要表现在这样几个方面：

特征1,催化剂可以改变反应速率，但其自身在反应前后的组成、质量和化学性质不变。

特征2,催化剂不改变化学平衡。即催化剂既能加快正向反应的速率，也能加快逆向反

应的速率，从而缩短化学反应达到平衡的时间。

特征3,催化剂具有特殊的选择性，不同类型的反应，需要选择不同的催化剂。同一种

反应物，使用不同的催化剂，可以得到不同的产物。

经典例题1：我国的二氧化碳捕捉与封存技术世界领先。二氧化碳的综合利用是科学家

研究的热门话题。

(1)Ni-CeO2催化CO?与H2形成CH,的反应历程如图所示:

已知：CO的燃烧热(AHJ为_283kJ-mo「，H2的燃烧热(小凡)为_286kTmo「，H2O(1)

的汽化热(AH3)为的4kJ-mo「，由上述反应历程分析，二氧化碳和氢气发生副反应的

热化学方程式是。

(2)以二氧化碳为原料，加氢催化制甲醇和二甲醛有重要的社会经济意义。双功能催化剂

HZSM-5/CNJ202能大幅度提高二氧化碳的转化率和二甲醛的选择性。CNJ202是合成

甲醇的催化剂，HZSM-5/沸石分子筛能有效吸收甲醇且能使二甲醴和水分子从分子筛

表面脱离。反应原理如下：

反应I：CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)AH4>0

反应II：CO2(g)+3H2(g).CH3OH(g)+H2O(g)AH5<0

反应m：2cH30H(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)AH6<0

在一定流速(原料进入速率)和一定温度下反应6h,催化剂配比

R[R=HZSM-5/CNJ202]对目标产物的收率影响如图所示④乂为甲醇在目标产物中的

百分比；SDME为二甲醛在目标产物中的百分比)：

%

、

克

东

而

察

世

奥

皿

催化剂配比催化剂配比及

①从目标产物的总收率和二甲谜的选择性角度分析，R最适宜的数值是o

②在R>0.4时，甲醇的合成速率甲醇的脱水速率(填“大于”或“小于”)0

⑶一定条件下向某恒容密闭容器中充入ImolCO?、3m01凡发生⑵中三个反应。CO?的平

衡转化率及CO、CHQH、CH30cH3的平衡体积分数随温度的变化如图所示：

%

、

嶷

京

器

及

避

升

①553K以前，CO2的平衡转化率随着温度的升高而减小的原因是。

②若平衡时压缩体积，CO的物质的量_____(填“增大”“减小”或“不变”)。

③TK下，平衡体系中n(CH3OH)=0.04mol,CO2的转化率是30%,体系的总压强是pPa,

则CH30cH3的物质的量是；反应I的压强平衡常数(不必化简)。

破解：(1)由上述反应历程可知，二氧化碳和氢气发生副反应的化学方程式是：

1

CO2+H2=CO+H2O,已知：co(g)+1O2(g)=CO2(g)AH1=-283kJ-mol,

11

H2(g)+102(g)=H2O(l)AH2=-286kJ.mol,H2O(1)=H2O(g)AH3=+44kJ-mol-,故副反

11

应的反应热AH=-AH1+AH2+AH3=(283-286+44)kJ-mol=+41kJ-mol,热化学方

1

程式为：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH=+41kJmor.

(2)①由图可知，R=0.5时目标产物的总收率较高，二甲谜在目标产物种的百分比较

高，即二甲醛的选择性较高，故R最适宜的数值是05

②在R>0.4时，二甲醛在产物中的百分比较高，而甲醇脱水形成二甲醛，故甲醇的合

成速率小于甲醇的脱水速率；

(3)①反应I为吸热反应，反应H为放热反应，553K以前，随着温度升高，反应II平

衡逆向移动的程度大于反应I平衡正向移动的程度，故CO2的平衡转化率随着温度的升

高而减小;

②反应i和反应in反应前后气体分子数不变，反应II前后气体分子数减少，若平衡时压

缩体积，反应n正向移动，消耗CO2和H2,生成H2O,故反应I平衡逆向移动，co

的物质的量减少；

③反应I为吸热反应，随着温度升高，co的体积分数增大，故上升的曲线为co,故

由图可知，当温度为TK时，CO和CH30H的体积分数相同，故

n(CH3OH)=n(CO)=0.04mol,CO2的转化率为30%,故反应II中CO2转化的物质的

量为：0.3mol-0.04mol=0.26mol,反应U生成的甲醇的物质的量为0.26mol,反应UI消

耗的甲醇的物质的量为：0.26mol-0.04moi=0.22moL故生成二甲醛的物质的量为O.llmol；

ICO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

转化(mol)0.040.040.040.04

IICO2(g)+3H2(g)CH30H(g)+H2O(g)

转化(mol)0.260.780.260.26

III2cH30H(g)CH30cH式g)+Hq(g),故平衡时:

转化(mol)0.220.110.11•

co2H2COH2OCH3OHCHQCH3

,由于反应I反应前后气体分

平衡(mol)0.72.180.040.410.040.11

子数相同，故浓度平衡常数与压强平衡常数相等，设容器体积为VL,故反应I的压强

0.040.41

---------X----------

0.04x0.41

平衡常数Kp=VV

0.7;;2.180.7x2.18

VV

经典例题2：2023年9月23日晚，在万众瞩目之下，杭州亚运会的“数字火炬手”与最

后一棒火炬手齐心协力点燃了象征亚洲大团结的亚运主火炬，也点燃了中国能源多样化

战略的新灯塔。这座主火炬塔历史性地采用了废碳再生的“绿色甲醇”作为燃料，实现了

零排放的循环使用。

直接做化1：晶屏

料、愚料......

液态甲醇远距离运输甲肝可再生能源

CO：+3H;.......CHQH+HQCHJOH+HJO.......CO[+3H]

CO：

工业副产氨分布式甲弹制氧，可用于

可再生能源制氧分布式能源、加氧站等

C6集中捕篥获得钱中甲解利氧,大规模用氧

用于加氢站.炼J»精

细化工、电子行业等

I.二氧化碳加氢制甲醇

“零碳”甲醇是利用焦炉气副产物H2和工业尾气中的co2合成，涉及以下反应:

①CO2（g）+H?（g）CO（g）+H2O（g）AH；=+41.2kJmor'

1

②CO（g）+2H2（g）CH30H（g）AH2=-90.5kJmor

③CO2（g）+3H/g）CH3OH（g）+H2O（g）AH3

⑴依据盖斯定律，可计算得出AHs=kJ-mor1

(2)一定温度下，在恒容密闭反应器中，反应③达到平衡，下列措施中能使平衡体系中

黄n(C季H增QH大)且加快化学反应速率的是

.(填字母)。

A.升高温度B.充入He(g),使体系压强增大

C.再充入ImolH?D.将H?O(g)从体系中分离出去

(3)从焦炉气中提取氢气，需净化原料气，尤其要脱除其中的含硫杂质。除了从环保角度

考虑外，其主要目的是

⑷250℃,在甲(容积为4L)、乙(容积为2L)两刚性容器中分别充入2moicO?和6molH2,

在适宜的催化剂作用下发生反应③，容器内总压强随时间变化如图所示:

P/MPa

Ol

5101520//min

①其中B曲线对应________容器中压强的变化情况(填“甲”或“乙”);

②利用图中数据计算250℃该反应的分压平衡常数Kp=(结果用分数表示)。

II.甲醇水蒸气重整制取H?

(5)甲醇与水蒸气在催化剂作用下发生如下反应:

④CH30H(g)CO(g)+2H2(g)AH4

⑤CO(g)+H2O(g).CO2(g)+H2(g)AHS

下图体现了上述反应能量变化，则决定总反应(SR)：

CH30H伍)+旦。仅)=CO?(g)+3H?(g)的反应速率快慢的是反应________(填“④”或

“⑤”)。

(6)在研究甲醇(CH3OH)水蒸气重整(SR)制氢反应历程时发现，副反应甲醇分解(DE)：

CH30H(g)0)伍)+2国伍)也是吸热反应。甲醇(CH3OH)水蒸气重整反应体系中,

甲醇(CROH)平衡转化率和CO的选择性随温度的变化如图所示:

"(CH30HI

,

a

；,，以P

误，慢于M

大所小8

错动减，.

增终2

A移)率活

H)始为

不J2

故O速失强强

,衡o1O应剂

H小C压压

小平C(反化

，(1n总总

减n但催的后

)变,得

H」)，B衡

2不大使

Q动线；平

O率增合

HC移)曲甲到

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Cn向HJ结,器

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，1不，为

。-l向快质C积

原③o度动的强

右逆加杂体

应m衡浓移硫量压

的左-J率向是总

_反k平物速含同

大_3.，正该的

_得9应应止相应

_4度衡入器

增_可-反反防器

_②=温，平了充容

率_1)，，容

_+高大别前

F大去为的

化在①o升增分应

m；增出是表

度应-，强，中反

转J误度离；代，

温反k热压质器

5.错浓分毒B知

衡宜律0放系2杂容

适定9应BH中中线可

平-(体硫性

的斯反故，系剂曲线

H1+使z含刚

0应盖F正,，体化表曲

3o)Hl的两

H反据-③g变o从催代A

m-(不、)中乙的

C主根J应emIg止以

)k)；/(；其、中

度知2反HH)入O防所

1..2确?误除甲,

温三(1入O充；是图

4A.O正H错C脱①A

高图：=充HC再)的)据

3).C(.C将D选线

解题ytsHOxo升从解.3目4根

%/描^H2((n((

①②破ABnC故D故故其曲②

根据同温同压下气体的压强与物质的量成正比，则有可列三段式如下:

CO2(g)+3H2(g)一CH3OH(g)+H2O(g)

起始(MPa)1300

转化(MPa)X3xXX

平衡(MPa)1-x3-3xXX

33

-MPax-MPa

3P(CH3OH)P(H2O)55

贝!I有(l-x)+(3-3x)+x+x=2.8,x=-,贝！jKp

3348

p(CO2)p(H2)|MPax(|MPa)

(5)在能垒图中，最高点通常代表着决速步，因为决速步具有最高的活化能，所以根

据图可知决定总反应反应速率快慢的是反应④；

(6)①升高温度CH30H平衡转化率增大的原因是由于主、副反应都是吸热反应，升高

温度，平衡向正反应方向移动，故CHQH转化率增大；

②从图可知240℃~250℃时甲醇的转化率接近100%,且此时副反应的选择性较低，故

主反应的适宜温度在240℃〜250℃均可。

能力自测

1.我国科学家开发出碱性海水里直接电解制氢的技术，工作原理如图1所示。MnO,隔

水薄膜可以起到阻挡C「与电极催化剂活性中心接触的作用，电极A含有M金属的催

化剂，发生的电极反应过程如图2所示，离子交换膜选择性透过参与电极A反应的物

质。下列说法错误的是

A.电极A上发生的反应存在极性键的断裂与生成

B.若去掉隔水薄膜，CT会在A电极失去电子生成Cl2

C.电解结束后，电极B处去掉海水隔水膜，所得溶液中加入适量FeC13，NaCl,KNC>3

溶液无混浊现象

D.每当有标准状况下的0.1344L气体生成时，就会有0.008mol电子从电极A流向电

极B

2.环状碳酸酯广泛用于极性非质子溶剂、电池的电解质等，离子液体研究团队近期报

道了一种环氧乙烷衍生物与二氧化碳催化合成环状碳酸酯的反应历程如图所示，已知R

表示煌基，下列说法里误的是

I•

/，W\,

Ajr<

■,一J\

/卜

I

■K・

y\J

QOJL.I

\/iJ、

IT

H

(C4H9)4NO

A.是该反应的催化剂

RBr

B.反应过程不存在非极性键的断裂和形成

C.反应过程中有3种中间体

O

A(CJUluNBryJx

D.总反应方程式为：>■,\<»'--------*°'»,该反应为加成反应

RA

R

3.环状碳酸酯广泛用于极性非质子溶剂、电池的电解质等，离子液体研究团队近期报

道了一种环氧乙烷衍生物与二氧化碳催化合成环状碳酸酯的反应历程如图所示。已知：

R表示煌基。

N(C血

下列说法错误的是

A.(C4H9»NBr是反应的催化剂

B.反应过程存在非极性键的断裂和形成

C.反应过程中有3种中间体

D.总反应原子利用率可达100%

4.一种环氧乙烷衍生物与二氧化碳催化合成环状碳酸酯的反应历程如图所示。下列说

法正确的是

N(C4H9)4

总反应的化学方程式为

A.+C02____

o

N(c4HM(C4H9)4N0

B.该反应的中间产物有)~\0；ON(C4H9)4、

RBr)~~\

'BrRBr

(C4H9)4NBr

N(C4H9)4

C.该反应的催化剂是

D.环状碳酸酯与乙酸乙酯都属于酯类，两者互为同系物

5.环状碳酸酯广泛用于极性非质子溶剂、电池的电解质等，离子液体研究团队近期报

道了一种环氧乙烷衍生物与二氧化碳催化合成环状碳酸酯的反应历程如图所示。已知:

R表示煌基。下列说法错误的是

N(C4HJ4

A.(C4HMNBr是反应的催化剂B.反应过程存在极性键的断裂和形成

C.反应过程中有4种中间体D.总反应属于加成反应

6.Os-Gr(饿原子嵌入石墨烯)可以催化汽车废气中的CO还原NzO,反应历程可能因

两个反应物分子与催化剂簇结合的先后顺序不同，而呈现历程a或历程b。下列说法不

正确的是

A.历程a与历程b的总反应的AH相同

B.历程b中CO-Os-Gr是中间体

C.催化过程中的最终产物为两种无毒的气体

D.历程a中催化剂首先吸附CO,而历程b首先吸附N2O

7.一种催化还原NO的机理如图所示，下列说法正确的是

2+

中间体X为［(NH3)2CU-O-O-CU(NH3)2］

中间体Y为［(NH3)2C〈pu(NH3)『十

中间体Z为KNHsM'J2U(NH3)/+

A.中间体X和Z中O和Cu的化合价均不变

B.使用催化剂［CU(NH3)J”,可以提高NO的还原速率

C.过程①中既有非极性键的断裂，也有非极性键的形成

催化齐U

D.该催化还原过程的总反应方程式为2NO+2NH3^=2N2+3H2O

8.C02资源化利用是解决资源和能源短缺、减少碳排放的一种途径。以In2O3为催化剂,

可使CO?在温和条件下转化为甲醇，反应历程如图所示。CO?与H?在活化后的催化剂

表面发生可逆反应，每生成ImolCH30H(g)放热49.3kJ。

下列说法错误的是

A.该反应的AS＜。

C(CH,OH)-C(H9O)

B.该反应的平衡常数

C.向容器中充入ImolCO?和足量后，在催化剂存在下充分反应放热49.3kJ

D.该反应中每消耗ImolCCh转移电子数为6NA

9.在催化剂作用下，HCOOH放氢的反应机理如下图所示。下列说法正确的是

A.随着反应过程的进行，Pb可能会产生损耗

B.若用DCOOH替代HCOOH参与反应，则能在反应体系中检测到N-D键

C.催化剂能够改变反应历程，从而使热力学不能发生的反应能够发生

D.已知甲酸燃烧热的AH大于氢气燃烧热的AH,说明图示HCOOH放氢的总反应

是放热的

10.丙烯是一种重要的有机化工原料，人们一直在寻求更为广泛和经济的丙烯来源。以

丙烷为原料制备丙烯的部分反应机理如图所示（图中体现了由丙烷制备丙烯的2种历

程）。下列说法正确的是

A.消耗等量的NO时，反应①和②中转移电子的数目相等

B.其他条件相同时，2种反应历程的C3H8的平衡转化率相同

C.丙烷制备丙烯的反应为C3H8+。2=C3H6+2H?。

D.反应过程中，N元素呈现的化合价仅有+2价、+4价

11.我国科研人员提出了由CO?和CH4转化为高附加值产品CH3coOH的催化反应历程,

该历程示意图如下所示。

过敏雷

下列说法不正确的是

A.生成CH3coOH总反应的原子利用率为100%

B.降低温度，降低反应物分子中活化分子的百分数，减少有效碰撞的次数

C.增大反应体系的压强，可以增加反应物分子中活化分子的百分数

D.该反应的催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，增加活化分子的数目

12.我国科研人员研究了在催化剂上加氢制甲醇过程中水的作用机理，其主反应历程如

图所示(比―*H+*H)。下列说法错误的是

A.向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率

B.带*标记的物质是该反应历程中的中间产物

C.二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率达100%

D.第③步的反应式为*H3co+无。-CH3OH+*HO

13.氮氧化物会导致光化学烟雾和酸雨，在Fe3+的催化作用下，NH3可将NO还原为无

污染的气体，反应历程如图，下列说法正确的是

2N,+2HQ

A.基态Fe?+的价层电子排布式为3d541

B.电负性：N>O>H>Fe

C.该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成

Fe3+

D.图中的总反应可表示为4NH3+6NO-5N2+6H2O

14.科研人员利用高压N?气流将水微滴喷射到涂覆催化剂的石墨网上，研究常温制氨,

其反应历程中微粒转化关系如图1,相对能量变化关系如图2,图中*表示催化剂表面吸

附位。下列说法正确的是

NH3

*）N2*0~6

NH3、<然2*NHNH

*°项瞿°°8,0^5.NH3

善-012M，五60

Ij-0.65

*-0^85

'-NH

HO+T4H*N&H

3-L52

%0+________________________（释放N/）,

+

H3O反应历程

图1图2

A.*N2f*N2H过程中发生非极性键的断裂与形成

B.I转化为*NH和NW的过程中会生成N2H4

C.II表示的微粒符号是*NHNH?

D.反应历程中放热最多的反应是*NHNH+2H3。++2-f*NH+NH3+2H2O

15.科研人员提出以CH30H为原料，在特定催化剂作用下合成DMC的一种反应历程如

图，下列说法错误的是

/////////表示催化剂

CHQH、

A.H2o>CO2分子中均不含非极性键

B.反应①中有碳氧单键的断裂和形成

C.生成DMC总反应的原子利用率小于100%

D.催化剂可提高单位时间内甲醇的转化率

16.甲醇(CHjOH)与CO催化制备乙酸(CH3cOOH)的反应历程及每分子甲醇转化为乙

酸的能量变化关系如下图。下列说法不正确的是

2

A

TS1TS3

-S?0.91

10.72—

*皿

CH3COOH(I)HH0H(1)

玄

要TS2

iii.-0.68