选择题研究1　化学反应历程能垒图像

选择题研究1化学反应历程能垒图像01.研真题

明确考向02.固主干

夯实必备03.题型练

提升考能内容索引01.研真题明确考向【真题】

(2025·河北卷)氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料，广泛应用于光电信息材料等领域，可利用反应Ga2O3(s)＋2NH3(g)⇌2GaN(s)＋3H2O(g)制备。反应历程(TS代表过渡态)如图所示。下列说法错误的是(

)A．反应ⅰ是吸热过程B．反应ⅱ中H2O(g)脱去步骤的活化能为2.69eVC．反应ⅲ包含2个基元反应D．总反应的速控步包含在反应ⅱ中答案：D解析：观察历程图可知，反应ⅰ中Ga2O3(s)＋NH3(g)的相对能量为0，经TS1、TS2、TS3完成反应，生成Ga2O2NH(s)和H2O，此时的相对能量为0.05eV，因此体系能量在反应中增加，则该反应为吸热过程，A正确；反应ⅱ中因H2O(g)脱去步骤需要经过TS5，则活化能为0.70eV与TS5的相对能量差，即3.39eV－0.70eV＝2.69eV，B正确；反应ⅲ从Ga2ON2H2(s)生成2GaN(s)＋H2O(g)经历过渡态TS6、TS7，说明该反应分两步进行，包含2个基元反应，C正确；反应历程中，活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应的反应步骤(活化能为3.07eV)，所以总反应的速控步包含在反应ⅲ中，D错误。【高考动向】反应历程(机理)能垒图像是高考化学的重要题型，常以科研成果为情境命题，依托能量变化考查反应物、生成物、中间产物、催化剂的判断、活化能、基元反应和总反应方程式等，契合高考化学命题热点，既充分凸显宏观辨识与微观探析化学学科核心素养，又着重考查考生的信息提取与分析能力。02.固主干夯实必备主干知识1.基元反应与非基元反应例如H+＋OH－===H2O，反应几乎没有过程，瞬间平衡一步到位，称为简单反应；而2HI===H2＋I2的实际机理是分两步进行的，每一步都是一个基元反应：2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2。存在未成对电子的粒子称为自由基，自由基反应活性高，

寿命短，2HI===H2＋I2称为非基元反应。

3．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。4．催化机理能垒图(1)在催化机理能垒图中，有几个活化状态，就有几个基元反应。可以用图中每步基元反应前后的活性物质，写出其热化学方程式。注意：如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV)，焓变应转化成每摩尔。(2)每步基元反应的快慢取决于其能垒的大小，能垒越大，反应速率越慢。例如：在Rh催化下，甲酸分解制H2反应的过程如图所示。其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面，该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为HCOOH*===HCOO*＋H*；甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－0.16NA

eV·mol－1(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。5．反应历程能垒图分析技巧03.题型练提升考能再练真题1．(2025·河南卷)在催化剂a或催化剂b作用下，丙烷发生脱氢反应制备丙烯，总反应的化学方程式为CH3CH2CH3(g)⇌CH3CH===CH2(g)＋H2(g)，反应进程中的相对能量变化如图所示(*表示吸附态，*CH3CHCH2＋2*H―→CH3CH===CH2(g)＋H2(g)中部分进程已省略)。下列说法正确的是(

)A．总反应是放热反应B．两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同C．和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定D.①转化为②的进程中，决速步骤为*CH3CH2CH3―→*CH3CHCH3＋*H答案：C解析：由图可知，生成物能量高，总反应为吸热反应，A错误；平衡常数只和温度有关，与催化剂无关，B错误；由图可知，丙烷被催化剂a吸附后能量更低，则被催化剂a吸附后得到的吸附态更稳定，

C正确；活化能高的反应速率慢，是反应的决速步骤，故决速步骤为*CH3CHCH3―→*CH3CHCH2＋*H或*CH3CHCH3＋*H―→*CH3CHCH2＋2*H，D错误。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)⇌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(

)答案：B解析：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、D错误；结合ΔH1、ΔH2均小于0可知，两步反应均为放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，则能量X>Y>Z，A错误，B正确。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(

)A．E2＝1.41eVB．步骤Ⅱ逆向反应的ΔH＝＋0.29eVC．步骤Ⅰ的反应比步骤Ⅱ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＝0.70eV－(－0.71eV)＝1.41eV，A正确；由能量变化图可知，步骤Ⅱ逆向反应的ΔH＝－0.71eV－(－1.00eV)＝＋0.29eV，B正确；由能量变化图可知，步骤Ⅰ的活化能E1＝0.70eV，步骤Ⅱ的活化能E3＝－0.49eV－(－0.71eV)＝0.22eV，步骤Ⅰ的活化能大于步骤Ⅱ的活化能，步骤Ⅰ的反应比步骤Ⅱ慢，C错误；该过程甲烷转化为甲醇，属于加氧氧化，该过程实现了甲烷的氧化，D正确。4．(2024·河北卷)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)。

答案：D题型预测5.(2025·山东青岛二模)以金属镍为催化剂由乙烷制备甲烷，反应过程中的部分反应历程如图所示，下列说法正确的是(

)A.总反应为Ni(s)＋C2H6(g)―→NiCH2(s)＋CH4(g)

ΔH>0B．由中间体2生成中间体3的反应速率影响了总反应的反应速率C．催化剂镍的使用降低了该反应的活化能，同时也改变了该反应的焓变D．该反应的过程中既有极性键和非极性键的断裂，又有极性键和非极性键的形成答案：B解析：从图中可知总反应为放热反应，即焓变小于0，A错误；由图可知，中间体2到过渡态2的能垒最大，为决速步骤，所以由中间体2生成中间体3的反应速率影响了总反应的反应速率，B正确；催化剂只加快反应速率，降低反应活化能，但不改变反应的始态和终态，故不改变反应的焓变，C错误；该反应的过程中有极性键和非极性键的断裂，但只有极性键的形成，没有非极性键的形成，D错误。6．(2025·吉林长春二模)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。MO+分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。转化过程中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。下列说法错误的是(

)A．MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线dB．步骤Ⅰ涉及氢原子成键变化C．若MO+与CHD3反应，生成的氘代甲醇有2种D．CHD2OH中共面的原子数最多为4答案：A解析：转化过程中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，说明正反应活化能会增大，则MO+与CD4反应的能量变