化学反应历程反应机理图分析（重难点讲义）

专题01化学反应历程、反应机理图分析

重难目标L

攻

1.知道化学反应是有历程的，了解基元反应、过渡态理论。

2.知道催化剂可以改变反应历程，了解简单的催化机理及其对调控化学反应速率的重要意义。

重难知识广

汇

知识点一基元反应、过渡态理论及活化能

1.基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应:先后进行的

基元反应反映了反应历程，反应历程又称反应机理。如H2和O二的反应需经历多步基元反应才能完成，主

要的4步基元反应如下：

（1）>2H•（速率最小，称为决速步）;

（2）H+02―>OH+O-；

（3）O+H2―>OH+H-；

（4）OH+H2—JkO+Ho

2.过渡态理论

过渡态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。

AB4-C―>[A...B...C]―>A+CB

反应物过渡态生成物

过渡态是反应过程中具有量鹿能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的平均能量的差值相当于活化

能，［活化能（能垒）越高，此步基元反应速率越小。

关键要点分析

①该反应的反应物为A、B,过渡态（中间体）为C，生成物为

②由A、B生成C的反应为吸热反应，由C生成D的反应为放热反应，总反应为放热反应。

③第一步为慢反应，第二步为快反应，决定总反应快慢的是慢反应。

3.活化能与反应机理

使用催化剂，可以改变活化能,改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的

活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，增大反应速率，如下图所示：

后为总反应的活化能；石2、&为使用催化剂后，反应机理中各步的活化能。

关键要点分析

①在无催化剂的情况下：后为正反应的活化能；及为逆反应的活化能；。一E为此反应的结变（A"）。

②有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤（也可能为多个，如模拟演练题1中图像所表示的），反应①为

吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应。

③催化剂的作用：降低且、&，但不影响AH,反应是放热反应还是吸热反应取决于起点（反应物）能量和终

点（生成物）能量的相对大小

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。

4.解答能量变化图像“四美键”

（1）明确图像横纵坐标的含义：一般是横轴表示反应过程，纵轴表示能量变化。

（2）细致观察各个步骤的变化：起始态、过渡态、最终态等。

（3）厘清图像变化与概念间的关系：吸热反应和放热反应、活化能、AH、稳定性等的正确判断。

（4）结合题意进行决速步骤的判断，△〃的计算等。

知识点二常见的反应机理图像及策略

图像解读

催化剂与化学反应

（1）在无催化剂的情况下：已为正反应的活化能；及为

逆反应的活化能；ELE?为此反应的"变（A〃）。

（2）有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤（也可能为

多个，如模拟演练题1中图像所表示的），反应①为吸

热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，

总反应为放热反应。

（3）催化剂的作用：降低昂、及，但不影响△“，反应是

放热反应还是吸热反应取决于起点（反应物）能量和终点

（生成物）能量的相对大小

“环式”反应

对于“环式”反应过程图像，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，“出环”的物质为生成物,如②和

③

催化剂与中间产物

催化剂：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

中乂作为反应物被道耗，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。

例1：在含少量I的溶液中，H2O2分解的机理为：

H2O2+I->H20+10慢

H2O2+IO->O2+I+H2O快

在该反应中I为催化剂，10为中间产物。

例2：而在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一

1.2丙二醇脱氧脱水反应的傕化循环机理股是通过一个箭头进入整个历程的物质，（产物一般多

是通过•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，MoCh则是该反应的催化剂,图中剩余的三个物质

均为中间产物。

第三，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。

②常见催化剂的四大误区

实际上，催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，催化剂的化学

性质基本不变。例如在铜催化乙醇生成乙醛的反应中，铜参与反应的原理如

催化剂不参下：

误区1

加化学反应

第一步为2CU+O2=2CUO,

第二步为CUO+CH3CH2OHTC11+CH3CHO+H2O,这两步反应方程式的加

和为O2+2CH3cH20H—CH3cHO+2H2。。显然催化剂参与了化学反应。

一种反应只实际上一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高的，对环境

误区2有一种催化污染小，成本低的催化剂，如双氧水分解的催化剂可以是二氧化镒，也可以

剂是氯化铁，当然还可以硫酸铜等。

催化剂都是

实际上，催化剂有正催化剂与负催化剂，正催化剂加快化学反应速率，负催

误区3加快化学反

化剂是减慢化学反应速率的。

应速率

催化剂的效实际上，催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的

误区4率与催化剂表面积，催化剂的浓度大小必然影响化学反应速率。比如用酵母催化剂做食

的量无关品，酵母量大自然面就膨大快。催化剂的用量是会改变催化效率的。

知识点四能垒

1.能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步

骤，也称为慢反应。

如图所示，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*==CO2+2H*是在Rh做催化剂时

该历程的决速步骤。

2.模型

（1）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。

<2）用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。

(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，产物的稳

定性强。

重难题型武

斩

题型01基元反应、过渡态理论及活化能

【典例】由N2。和NO反应生成电和NO2的能量变化如图所示。下列说法正确的是()

A.断键吸收能量之和大于成键释放能量之和

B.反应物总能量小于生成物总能量

C.N2O(g)+NO(g)=N2(g)+NO2(g)AH=139kJ/mol

D.反应生成1molN2时转移4moi电子

【答案】C

【详解】A、反应放热，断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，错误：

B、反应放热，反应物总能量小于生成物总能量，错误；

C、根据图示，N2O(g)+NO(g)=N2(g)+N02(g)AH=139kJ/mol,正确；

D、反应生成1molN2时转移2moi电子，错误；

答案选C.

【变式*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()

A.&=1.4IeV

B.步骤2逆向反应的△"=+0.29eV

C.步骤1的反应比步骤2快

D.该过程实现了甲烷的氧化

【答案】C

【解析】由能量变化图可知,E2=0.70cV-(-0.71cV)=1.41eV,A项正确；由能量变化图可知,步骤2

逆向反应的A〃=-071eV-(—1.00eV)=+029eV,B项正确；由能量变化图可知，步骤1的活化能昂

=0.70eV,步骤2的活化能以=-0.49eV-(一0.71eV)=0.22eV,步骤I的活化能大于步骤2的活化能,

步骤1的反应比步骤2慢，C项错误；该过程甲烷转化为甲醉，属于加氧氧化，该过程实现了甲烷的氧化，

D项正确。

一催化剂1

能--催化剂2

量弋小入

反应历程

A.该反应历程分五步进行

B.使用催化剂1时体系更快达到平衡状态

C.降低温度有利于提高反应物的平衡转化率

D.达到平衡后向容器中加入-定量的Q,再次平衡后M和N的浓度均增大

【答案】D

【详解】A.从反应历程图中可以看到，无论是使用催化剂1还是催化剂2,反应过程中都有五个能量峰，

每一个能量峰代表一步反应，所以该反应历程分五步进行，故A正确；

B.催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率。从图中可以看出，使用催化剂1时反应的活化能低于使用

催化剂2时的活化能，所以使用催化剂1时反应速率更快，体系更快达到平衡状态，故B正确；

C.由反应历程图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应。根据勒夏特列原理，降

低温度，平衡会向放热反应方向移动，即正向移动，所以有利于提高反应物的平衡转化率，故C正确；

D.Q是固体，达到平衡后向容器中加入一定量的Q,平衡不移动，M和N的浓度不变，故D错误；

故选Do

题型02催化剂与活化能

1

【典例】2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)A”=akJ-mol能量变化如图所示。下列说法不正确的是

熊［

量/过程］

2molSO,(g)\\

1mol()2(g)inolSO5(g)

过程n.

反应「程

A.a<0

B.反应物能品之和大于生成物能展之和

C.反应物断键吸收能量之和小于生成物成键释放能量之和

D.过程n使用催化剂可以提高so2的平衡转化率

【答案】D

【详解】A项、反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，则a<0,故A正确;

B项、该反应为放热反应，反应物能量之和大于生成物能量之和，故B正确；

C项、该反应为放热反应，反应物断键吸收能量之和小于生成物成键释放能量之和，故c正确;

D项、加入催化剂，化学平衡不移动，S02的平衡转化率不变，故D错误。

故选Do

过渡态

N/X«hN(Xg)\l

反应进程

A.加压体系的颜色加深，可利用勒夏特列原理解释

B.该反应逆反应的活化能比正反应的活化能高

D.使用催化剂可降低过渡态的能量，提高活化分子的百分数

【答案】A

【详解】A.加压，平衡不移动，加压时由于容器体积减小，N02的浓度增大，体系的颜色加深，不能用勒

夏特列原理解释，A项错误；

B.根据图象可知，该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能，B项正确：

C.该反应的A”=209kJ/mol348kJ/mol=139kJ/molV0,说明反应物叱0值)和NO(g)的总键能小于生成物电值)

和NOz(g)的总键能，C项正确；

D.使用催化剂可降低反应的活化能，即降低过渡态的能量，使更多的分子成为活化分子，提荷活化分子的

百分数，D项正确；

答案选A。

题型03“环式”反应

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，C「会在A电极失去电子生成C1?

【答案】C

【详解】A.由图可知，电极A上发生的反应存在氢氧极性键的断裂与氢氧极性键的生成，A正确；

B.去掉隔水薄膜，氯离子会在阳极A电极失去电子发生氧化反应生成氯气，B正确；

故选Co

X

卜.列说法错误的是

D.步骤③生成的物质Z是H?

【答案】D

故选A。

题型04能垒

下列说法正确的是

【答案】c

【详解】A.由图示可知，HCOOH吸附在催化剂表面形成HCOCH*过程能量降低，则该过程是一个放热反

应，A错误；

B.由图示可知，HCOO*+H*=CO2*+2H*的步骤活化能最高，反应速率最慢，B错误；

C.原来HCOOH分子中存在的化学键1个CH键、1个C=O键、1个CO键和1个OH键，而产物中有2个

C=。键和1个HH,说明反应过程中有CH键的断裂，还有C=0键的生成，C正确；

D.催化剂改变反应速率，不能改变反应的反应热，D错误；

故答案为：Co

【变式】（2025•江西•一模）铜催化乙块选择性氨化制1,3一丁二烯的反应机理如图所示（吸附在铜催化剂

表面上的物种用*标注）。

下列说法正确的是（）

A.反应I的速率大于反应II的速率

B.若原料用丙烘，则会有2种分子式为C6Hl0的有机物生成

C.增大Cu的表面积，可加快反应速率，提高C2H2的平衡转化率

D.C2H：转化成C4H6(g)过程中，有非极性键的断裂和形成

【答案】D

【解析】根据图示，反应1的活化能大于反应II的活化能，所以反应I的速率小于反应H的速率，故A错

误；若原料用丙焕，则会有CH3cH-CH—CH-CHCH3、CH2=C(CH3)—C(CH3)=CH2

CH3cH-CH—C(CH3)=CH2共3种分子式为CeHio的有机物生成，故B错误；增大Cu的表面积，可加

快反应速率，催化剂不能使平衡不移动，不能提高C2H2的平衡转化率，故C错误；根据图示，CzH：转化成

C4H“g)过程中，先碳碳双键中有1条键断裂，后又有碳碳双键和碳碳单键的形成，所以有非极性键的断裂

和形成，故D正确。

77K

①催化剂Cat2条件下，45(TC后，脱氮率随温度升高而下降的原因是。

【答案】⑴①-620.4kJ/mol低温

(2)<

(3)mi<ni2<m3(或用3>〃?2>"〃〕1：1

7

(4)超过450。。催化剂活性降低，反应速率减慢，相同时间内脱氮率下降—

^N=N

【详解】(1)反应①整个反应分为三个基元反应阶段，@NO(g)+NO(g)=/\A//=199.4kJ/mol；反

OO+

N=N

应②/\+CO(g)=CO(g)+NO(g)△//=513.2kJ/mol；反应③CO2(g)+N2O(g)+CO(g)=2CO2(g)+N2(g)△〃二

OO22

306.6kJ/mol：由盖斯定律可知，由①+②+③可得2co(g)+2NO(g)=2CCMg)+N?(g)

=+199.4kJ/mol+(513.2kJ/mol)+(306.6kJ/mol)=620.4kJ/mol；由于反应①所需活化能最高，则总反应速率由第

一阶段反应决定，故关键在于提高反应①的速率。该反应的ASVO,△HVO,故低温可自发进行。

(2)该反应的正反应为放热反应，升高温度使化学平衡向吸热的逆反应方向移动，则正反应速率增大的倍

数小于逆反应速率增大的倍数，浓度不变，故女此增大的倍数小于k逆增大的倍数；

(4)①温度过高，催化剂活性降低，反应速率减慢，相同时间内脱氮率会下降。

分层训练广

练

【巩固训练】

i.甲烷制备甲醇的反应机理如图。已知直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会

变慢。下列说法正确的是

A.若FeO+与CHD3反应，生成的笊代甲醇有2种

R.反应①和反应②中均涉及氢原子成键变化

C.升温，正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度

D.FeO+与CH2D2反应，单位时间内笊代甲醇的产量CH2DOD〉CHD20H

【答案】A

【详解】A.若FcO+与CHD3反应，生成的笊代甲醇有2种，A正确；

B.根据反应机理图可知，反应②形成碳氧单键，未涉及氢原子成键变化，B错误：

C.根据图示可知，总反应为放热反应，故升温平衡逆移，正反应速率的增大程度小于逆反应速率的增大程

度，C错误；

D.直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则。更容易和H而不是和D

生成羟基，故笊代甲醇的产量C&DODVCHD2OH,D错误；

故答案选A。

2.不同催化剂下合成氨反应的历程如图，吸附在催化剂表面的物种用“*”表示。下列说法正确的是

A.N2浓度过大，不利于产物分子解吸，反应速率可能变慢

B.合成氨反应应选用催化剂A

C.及时分离出氨气能加快合成氨反应的速率

D.常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏HH需要吸收的能量太大

【答案】A

【详解】A.N?浓度过大，不利于产物分子解吸，可能导致反应速率变慢，A正确；

B.由图可知，采用催化剂B时，反应的活化能较低，则催化剂B的催化效率更好，B错误；

C.及时分离出氨气，降低生成物浓度，反应速率减小，C错误；

D.常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏N三N需要吸收的能量太大，D错误；

故选Ao

3.零碳甲醇制备的原理是综合利用焦炉气中的副产物氢气与工业尾气中捕集的二氧化碳合成绿色甲醉，其

反应过程的能量变化曲线如图所示。卜.列有关说法正确的是

体

系

能

量

A.若该过程中使用催化剂，总反应的AH减少

B.过程①和过程②都是吸热反应

C.降低温度，将增大H2的平衡转化率

D.两个过程中，决定总反应速率的是过程②

【答案】C

【详解】A.催化剂能降低活化能，不会改变总反应的AH,故A错误；

B.过程②反应物总能量高于生成物，是放热反应，故B错误；

C.正反应放热，降低温度，平衡正向移动，出的平衡转化率增大，故C正确：

D.活化能越大反应速率越慢，两个过程中，过程①的活化能大于过程②，过程①是慢反应，决定总反应

速率的是过程①，故D错误；

选C。

4.下图是用钉(Ru)基催化剂催化CC)2(g)和H2(g)的反应示意图，当反应生成Imol液态HCOOH时放出31.2kJ

的热量。下列说法错误的是

A.物质1【、HI中Ru的化合价均为+2价

B.物质I转化为物质II过程中，存在极性键、非极性键的断裂与形成

C.图示中物质1为该反应的催化剂，物质II、川为中间产物

-1

D.由题意知：HCOOH(l)=CO2(g)+H2(g)AH=+31.2kJ-mol

【答案】B

【分析】用钉(Ru)基催化剂催化CO2。)和Hz©反应生成Imol液态HCOOH时放出31.2kJ的热量，则热化

-1

学方程式为：CO2(g)+H2(g)=HCOOH(l)A/7=-31.2kJ•mol,据此信息解答。

【详解】A.物质I【中H和Ru成键2键，电负性H>Ru可知Ru为+2价；物质HI中Ru和O成2键，电

负性O>Ru,则Ru为+2价，A正确；

B.由示意图可知，物质I转化为物质II过程中，存在RuO极性键、HH非极性键的断裂和HO极性键的形

成，不存在非极性键的形成，B偌误；

C.根据总反应为：CO2(g)+H2(g)=HCOOH(1)△H=-31.2kJ・moL可知,物质I先跟反应物反应转

化得到物质n,再转化物质川，物质in最终又转化为物质।,则物质I为该反应的催化剂，而物质H、ni

为中间产物，C正确；

D.CO?®和电®生成HCOOH⑴为放热反应，则甲酸分解为吸热反应，则该热化学方程式为：HCOOH(l)=

1

CO2(g)+H2(g)△H=+31.2kJmor,D正确;

故选B0

5.城基合成又称氢甲酰化。烯炫与一氧化碳和氢气在催化剂作用下，在烯煌双键上同时加上氢原子和甲酰

基(即醛基一CHO)生成比原来烯煌多•个碳原子的两种异构醛。催化丙烯制醛的反应机理如图所示。下列说

法正确的是

A.上述反应过程中，除丁醛外，还可能有副产物2甲基丙醛生成

B.上述循环过程中，无非极性共价键的断裂和形成

C.上述循环过程中，C。只能形成4个配位键

D.HCo(CO)3是该反应的催化剂，能降低活化能，加快反应速率，改变反应热，从而提高转亿率

【答案】A

【详解】A.由图可知，若CFVCHCH3中与甲基相连的双键碳原子与HCo(CO)3结合，则可能有副产物2-

甲基丙醛生成，A正确；

B.由图可知，上述循环过程中有非极性键(碳碳键)的断裂和生成，B错误；

C.由图可知，Co可以形成4个配位键，也可以形成5个配位键，C错误；

D.由题干反应历程图可知，HCo(CO)3参与反应过程，反应前后保持不变，是该反应的催化剂，催化剂能

降低活化能，加快反应速率，但不能改变反应热，也不能改变平衡转化率，D错误；

故答案为A。

6.OH在超临界水中进行加成反应时存在两条不同的路径，其反应机理如图所示。下列有关说

法错误的是

7

O

E

.

H

更

B.O11在超临界水中进行加成反应时，涉及H-0键断裂

c.经过过渡态【进行加成的路径最终为吸热反应

D.选择适当的催化剂，可以加快两反应的化学反应速率

【答案】C

【详解】

0H

NH

A.OH更稳定，A项正确;

B.,HzO中H-0犍断裂，B项正确;

C.011经过过渡态Iit行加成的路径最终产物为,属于放热反应，C项错误;

D.选择适当的催化剂，可以降低活化能，可以加快两反应的化学反应速率，D项正确;

故选C。

已知碘化氢分解吸热，分以下两步完成:

7.2HI(g)->H2(g)+2I.(g)；21(g)-I2(g),下列图像最符合上述反应

历程的是

能量能量

H2(g)+2I(g)H2(g)+2I(g)

2HI(g)

湎g)H2(g)+k(g)H2(g)+,(g)

反应历瘟

A.反应历程B.

能量能量

H2(g)+b(g)2HI(g)H2(g)+L(g)

,•

/

____/H2(g)+21(g)

嗝旬(g)

2HI(g)r

反应历癌反应历熊

C.D.

【答案】A

【详解】碘原子结合形成碘分子是化学键形成的过程，属于放热过程，由碘化氢分解吸热可知，碘化氢分

解生成氢气和碘原子的反应为吸热反应，则符合第一步吸热、第二步放热、总反应吸热的图示为图A；

答案选A。

8.在某金(Aus)催化剂表面HCOOH分解的能量与反应历程(吸附在金催化剂表面上的物种用*标注)如图所示:

下列说法错误的是

A.首先断裂的化学键是H-0键

B.反应HCOOH(g)tCO2(g)+H2ig)ft<JAH>0

C.HCOO*是反应中间体

D.反应HCOOH—HCOO*+H*为决速步骤(活化能最大)

【答案】D

【详解】A.由图可知，HCOOH通过第一步反应变成HCOO+H*,断裂的化学键是H-0键，A正确；

B.由图可知,HCOOH(g)到CO2(g)+H2(g)是能量升高,故为吸热反应,BPAH>0,B正确;

C.由图可知，HCOO*生成后又消耗，是反应中间体，C正确；

D.由图可知，活化能最大的一步反应是HCOO*|H*->CO2|H*|H*,故反应HCOOH*tHCOO*+H*不是

决速步骤,D错误：

故选D<,

9.在非水溶剂中，将CO2转化为化合物Cd?的催化机理如图所示。下列说法不正确的是

B.该转化过程总反应△”>()

C.该转化过程中没有碳碳键的断裂与形成

,HOo

X

D.若用C18（）2参与反应，可得到C“3

【答案】B

【详解】A.催化剂是反应前后质量和化学性质不变，先参加后生成的物质，由图可知，催化剂有AcOH和

KI,A正确；

B.不知道反应物和生成物的总能量相对大小，且断裂化学键和形成化学键所需能量未知，不能确定反应是

吸热反应还是放热反应，B错误；

C.该转化过程有碳氧单键、碳氟双键断裂和碳氧单键形成，没有碳碳键的断裂和形成，C正确；

0

人

X

D.CO2分子的结构为：O=C=O,其中一个C=O键断开，与另一反应物中CO键断开，形成化合物C%

,8O

七大O

其中有两个O原子来自于CO2,若用c^O2参与反应，可得到CH3,D正确;

故答案选B.

10.（2425高二下•云南昭通・期末）乙烯是一种用途广泛的有机叱工原料，在现代石油和化学工业中具有举

足轻重的作用。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题：

C2H6氧化脱氢——已知下列反应：

-1

①4cH4®+O2（g）=2c2H6（g）+2H20（g）A%=-354kJ•mol

-1

②2cH4®+O2（g）;C2H4（g）+2H2O（g）A/=-282kJ•mol

⑴C2H6（g）氧化生成C2H4（g）的热化学方程式为，该反应在____（填“低温”“高温”或"任意温度”）可自发

进行。

（2）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷脱氢阶段反应进程如图1所示（吸附在催

化剂表面的粒子用*标注，TS表示过渡态）。

§50-/D-Q^_____3I.

°~|•（：凡・3&*+泉c2H4+2H*।

反应进曲

图1

图中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是____（填或c历程中的决速步骤是____（写出对应方

程式）。

（3）乙烷直接脱氢制乙烯的过程中，可能发生多个反应：

i.C2H6（g）=C2H4®+比④AH；

ii.C2H4（g）=C2H2（g）+Hz（g）;

iii.C2H2（g）=2C（s）+H2（g）<>

反应的平衡常数对数值（IgK）与温度的倒数/的关系如图2所示。

IgK

°510152025IxlOVK-

T

图2

①A"0（填或“=”）。

②仅发生反应i时，假设起始投入ImolC2H6（g），容器体积为IL,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算反应

i的K=（结果用分数表示）。

③水蒸气在乙烷直接脱氢制乙烯中起着重要作用。一定温度卜，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料

比，可提高乙烷的转化率，其原因是.

④结合图2,分析工业上一般选择温度在1000K左右的可能原因是.

【答案】（1）2c2H6(g)+O2(g)=2c2H4(g)+2H2O(g)=-210kJ/mol任意温度

⑵dc2H6=c2Hg+H・

(3)>看一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，等效于减小压强，反应

i平衡正向移动反应温度太低，反应速率太慢，乙烷裂解制乙烯反应的化学平衡常数K太小，乙烷转

化率太低；反应温度太高;副反应增多，容易产生积碳

【详解】(1)①由题意可知，乙烷氯化为乙烯的反应③为2c2H6(g)+O2(g)=2C2H41)+2%0©,由

盖斯定律可知，反应②x2-反应①二反应③，则反应③的△H=(-282kJ/mol)x2-(-354kJ/mol)=-210kJ/mol,反

应的热化学方程式为2c2H6(g)+02(g)=2c2H4(g)+2H2O(g)AH=-21OkJ/moh

②该反应是端增的放热反应，任何条件下，反应AH-TAS均小于0,能自发进行；

(2)①催化剂的作用是降低活化能，由图可知，代表催化性能较好的催化剂的反应历程是d；

②反应历程的决速步骤是第一步，C2H6=C2H5+H*；

(3)①由图可知，升高温度,与减小，lgK增大，K值增大，说明C24(g)=C2H4(g)+H?(g)为吸热反应,AH>0：

②仅发生反应i时，C2H6的平衡转化率为25.0%,列出“三段式”

C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)

起始(mol)100

转化(mol)0.250.250.25

平衡(mol)0.750.250.25

反应i的K$；

③一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，相当于减小乙烷的物质的量分数，等效于减

小压强，反应i是气体体积增大的反应，平衡正向移动，可提高乙烷的转化率；

④结合图，分析工业上一般选择温度在1000K左右的可能原因是：反应温度太低，反应速率太慢，乙烷裂

解制乙烯反应的化学平衡常数K太小，乙烷转化率太低；反应温度太高，副反应增多，容易产生积碳。

【强化训练】

11.(2425高•下•广东东莞.期末〕在有氧条件下，•种使用廉价催化剂，高效绿色合成瓶基化合物的反应,

其过程机理如图所示。下列说法不正确的是

A.物质I分子中含有的-0H名称是羟基B.过程②有非极性键断裂

C.Cu(II)在整个过程中起催化作用D.物质II能与新制的银氨溶液反应

【答案】B

【详解】A.物质I分子中含有的0H,该官能团的名称是羟基，A正确;

B.过程②中有0H键的断裂，是极性键的断裂，B错误;

C.由图可知Cu(II)在第①步参加反应，最后第⑷步又生成，因此Cu(II)在整个过程中起催化作用，C正

确;

D.物质H含有醛基(CHO),能与新制的银氨溶液发生银镜反应，D正确;

B.由图可知,的加成反应--定为放热反应

Br

C.相同条件下，生成

D.的速率更快

【答案】B

【详解】

BrBr

Br

A.和分子式相同，官能团位置不同,互为同分异构体，A正确;

B.本图未显示反应物与两种产物能量的相对大小，无法判断的加成反应是否为放热反

应，B错误;

BrBr

BrBr

C.相同条件下，生成的活化能Eai更小，所以生成的速率更快，C正确;

故答案选B0

已知：①反应中C02插入催化剂的SnO键中得以活化；②HzO会降低该催化剂的活性。

回

A.若加入缩醛可以防止催化剂失活

B.I-H过程中有非极性键的形成

D.压缩体积增大压强可以提高碳酸二甲酯的平衡产率

【答案】B

【详解】A.H2O会降低该催化剂的活性，反应生成的水能被缩醛吸收，所以加入缩醛可以防止催化剂失活，

故A正确；

B.I-H过程中有极性键CO、OSn的形成，无非极性键的形成，故B错误；

D..正反应气体物质的量减少，压缩体积增大压强，平衡正向移动，可以提高碳酸二甲酯的平衡产率，故D

正确;

选B.

14.（2425高二下•河北邯郸・期末）在浓硫酸作用下，苯与浓硝酸发生反应的部分反应历程如图。下列说法

正说的是

A.上述反应历程中仅存在极性键的断裂与形成

B.图示反应历程中“中间体一产物1”反应的活化能最小

C.苯的硝化反应历程经过了加成反应和消去反应

D.苯的硝化反应为放热反应.苯的硝化反应的AH=-193.03H-mol"1

【答案】C

【详解】A.通过反应历程图，可以看到苯与浓硝酸在浓硫酸作用下发生硝化反应的过程。在这个过程中，

不仅存在极性键（如NO键）的断裂与形成，还存在非极性键（如CC键）的变化，生成产物1时苯环的“介于单

键和双键之间独特的键“变成了碳碳单键，故A项错误：

B.计算各步反应的活化能可得：从反应物到过渡态1,活化能为261.9kJ/mol；从中间体到过渡态21,活

化铃为226Jgl05.03-121.45kJ/mol：从中间体到过渡态22,活化能为150.05105.03-45.02kJ/mol；所以“中间

体->产物2”的反应活化能最小，故B项错误；

C.根据反应历程图，可以看出苯环上的氢原子被硝基取代，苯的硝化反应属于亲电取代反应，其机理包含

加成和消去步骤，故C项正确；

D.根据反应历程图，反应物到产物2的能量差为-193.03kJ-mol",若该反应生成唯一产物2,则其AH=

-193.03kJ-mol-1,但是此反应有两种产物，所以AH.-193.03U•mof1，故D项错误；

故答案选C。

15.（2425高二下•浙江丽水・期末）在某催化剂作用卜.由CHd和CO2合成CH3coOH的反应历程如图：

催化剂用字母“M”表示，下列有关说法不无聊的是

A.①->②的过程中放出能量，并形成C-C键

B.选择性活化可表示为：CH4+MTM—CH3+H“（“*”表示被吸附）

C.QL在催化剂表面断键更容易，使反应平衡常数增大

催化剂

D.总反应的方程式为：C02+CH4-CH3COOH

一定条件

【答案】C

【详解】A.①的能量大于②，反应放出能量，如图所示，该过程CH键断裂、CC形成，故A正确；

B.如图所示,选择性活化为CH4吸附到催化剂表面形成MCFh和H*,可表示为:CH4+MtM-CH3+H*B

正确：

C.催化剂不改变平衡常数，故C错误；

D.如图所示，反应过程为CH』吸附到催化剂表面形成MCH3和H*,CO?与MC&反应生成MCH3c从

催化剂

催化剂表面脱去形成CH3coOH,总反应式为CO2+CH4tCH3co0H,故D正确；

•定条件

故答案为C。

16.(2425高二上•山东威海・期末)合成氨的催化历程及各步反应的能量变化如图所示(吸附在催化剂表面

上的物种用*标注)。下列说法错误的是

A.合成氨反应的决速步骤为N*+3H*=NH*+2H*

B.合成氨过程中最稳定的状态是吸附态②

C.氨气的脱附为吸热过程

D.合成氨的热化学方程式为N2(g)+3%(g)=2NH3Q)AH=-46kJ-mol-1

【答案】D

【详解】A.活化能越大反应速率越慢，慢反应为总反应决速步骤，N*+3H*=NH*+2H*，活化能最大，反应

速率最慢，为合成氨反应的决速步骤，故A正确；

B.能量越低越稳定，合成氨过程中最稳定的状态是吸附态②，故B正确；

C.根据图示，NH3*的能量比N%低，氨气的脱附为吸热过程，故C正确；

D.根据图示，冢2©+|&@的能量比N%(g)的能量多17+(23315450)=46kJ,合成氨的热化学方程式为

-1

N2(g)+3H2(g)=2NH式g)AH=-92kJmol,故D错误;

选D。

17.(2425高二下•四川凉山・期末)恒容反应器中，Rh和Rh/Mn均能催化反应：HCHO+出+CO=

HOCH2cH0(羟基乙醛)，反应历程如图所示，A〜b为中间体，TSi〜TS3为过渡态。

下列描述错误的是

A.“反应达平衡时，升高温度，羟基乙醛的浓度增大，且该反应在高温下能自发进行

B.Rh催化作用下，“加氢”步骤为决速步骤

C.Rh/Mn催化作用下，降低了反应的活化能，羟基乙醛的生成速率更大

D.CO插入”步骤,A”为15.4kca】•mol1

【答案】A

【详解】A.由图可知，生成羟基乙醛的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，羟基乙醛的

浓度减小，另外该反应AHVO,ASV0,在低温下才能自发进行，故A错误；

B.反应的活化