2025年高考化學熱點題型復習之化學反應機理探究與分析（原卷版）

熱點04化學反應機理探究與分析

<1

熱點解讀

1.理解基元反應、過渡態(tài)理論相關知識點

(1)基元反應

大多數(shù)化學反應都是分幾步完成的，其中的每一步反應都稱為基元反應。

(2)對于基元反應aA+6B=gG+〃H,其速率方程可寫為v=Lpa(A)/(B)(其中左稱為速率常數(shù)，恒溫下,

左不因反應物濃度的改變而變化)，這種關系可以表述為基元反應的化學反應速率與反應物濃度以其化學計

量數(shù)為指數(shù)的累的乘積成正比。有時稱其為質量作用定律。

(3)許多化學反應，盡管其反應方程式很簡單，卻不是基元反應，而是經(jīng)由兩個或多個步驟完成的復雜反

應。例如H2(g)+[2(g)=2HI(g),它的反應歷程有如下兩步基元反應：

①1+1(快)

②H2+2I=2HI(慢)

其中慢反應為整個反應的決速步驟。

(4)過渡態(tài)理論

如圖所示是兩步完成的化學反應，分析并回答下列問題。

(1)該反應的反應物為A、B,中間體為C,生成物為D。

(2)由A、B生成C的反應為吸熱反應，由C生成D的反應為放熱反應，總反應為放熱反應。

(3)第一步為慢反應，第二步為快反應，決定總反應快慢的是第一步反應。

2.掌握經(jīng)典圖示解析方法

(1)回歸教材中的經(jīng)典圖示

反應歷程與活化能催化劑對反應歷程與活化能影響

P26圖2-3化學反應中反應物、生成物的P27圖2-4催化劑改變反應歷程、降低

能量與活化能的關系反應活化能示意圖

H-H-C1

E=21.5kJ,mol

反應產(chǎn)物HC1+H?

反應物Hz+CP

P71圖2-3-6基元反應Hz+C「fHC1+H。的

活化能示意圖

P38圖2-7正反應與逆反應的活化能P38圖2-8催化劑對反應活化能的影響

（2）常見反應歷程（或機理）圖像分析

圖像解讀

催化劑與化學反應

（1）在無催化劑的情況下：Ei為正反應的活化能；為為

逆反應的活化能；用一段為此反應的焰變（她）。

（2）有催化劑時，總反應分成了兩個反應步驟（也可能為

多個，如模擬演練題1中圖像所表示的），反應①為吸熱反

應，產(chǎn)物為總反應的中間產(chǎn)物，反應②為放熱反應，總反

應為放熱反應。

（3）催化劑的作用：降低昂、E2,但不影響A//,反應是

放熱反應還是吸熱反應取決于起點（反應物）能量和終點（生

成物）能量的相對大小

①、②

“環(huán)式"反應

/⑤

對于“環(huán)式”反應過程圖像，位于“環(huán)上”的物質一般是催化

④1.③

劑或中間體，如⑤、⑥、⑦和⑧，“入環(huán)”的物質為反應

'⑧一⑦

物，如①和④，“出環(huán)”的物質為生成物，如②和③

催化劑與中間產(chǎn)物

催化劑：在連續(xù)反應中從一開始就參與了反應，在最后又

再次生成，所以僅從結果上來看似乎并沒有發(fā)生變化，實

則是消耗多少后續(xù)又生成了多少。

0HO“H中間產(chǎn)物：在連續(xù)反應中為第一步的產(chǎn)物，在后續(xù)反應中

LII_\

L/Vya

又作為反應物被消耗，所以僅從結果上來看似乎并沒有生

/④①'

成，實則是生成多少后續(xù)有消耗多少。

。一M&Mo例1:在含少量I的溶液中，%。2分解的機理為：

、③②/H2O2+r—H2O+io慢

叉+&、。0。。小可

HO+io-->o+r+HO快

H人H<。與。叩2222

在該反應中r為催化劑，io為中間產(chǎn)物。

例2：而在機理圖中，先找到確定的反應物，反應物一般

1,2-丙二醇脫氧脫水反應的催化循環(huán)機理

是通過一個箭頭進入整個歷程的物質，（產(chǎn)物一般多是通過

一個箭頭最終脫離這個歷程的物質）與之同時反應的就是催

化劑，并且經(jīng)過一個完整循環(huán)之后又會生成：中間產(chǎn)物則

是這個循環(huán)中的任何一個環(huán)節(jié)。如下圖中，Moo?則是該反

應的催化劑，圖中剩余的三個物質均為中間產(chǎn)物。

能壘與決速步驟

能壘：簡單可以理解為從左往右進行中，向上爬坡最高的

為能壘，而包含此能壘的反應我們稱之為決速步驟，也成

?—B為慢反應。

Lm?“14廠\例如圖中，從第一個中間態(tài)到過渡態(tài)2的能量就是能壘，

老'立LMA

■■BJrlfc、

?0而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化劑時該歷程的決速

\/\/

三04步驟。

0K

_____注意：

H<OO**H*COjCIT

①能壘越大，反應速率越小，即多步反應中能壘最大的反

應為決速反應。

②用不同催化劑催化化學反應，催化劑使能壘降低幅度越

大，說明催化效果越好。

③相同反應物同時發(fā)生多個競爭反應，其中能壘越小的反

應，反應速率越大，產(chǎn)物占比越高。

3.掌握催化反應機理題的解題思路

(1)通覽全圖，找準一“劑”三“物”

催化劑在機理圖中多數(shù)是以完整的循環(huán)出現(xiàn)的，以催化劑粒子為主題的多個物

一“劑”指催化劑

種一定在機理圖中的主線上

反應物通過一個箭頭進入整個歷程的物質一般是反應物

三“物”指反應物、生成物通過一個箭頭最終脫離整個歷程的物質多是產(chǎn)物

生成物、中間物種通過一個箭頭脫離整個歷程，但又生成的是中間體，通過兩個箭頭進

(或中間體)中間體入整個歷程的中間物質也是中間體，中間體有時在反應歷程中用"[]”

標出

(2)逐項分析得答案

根據(jù)第一步由題給情境信息，找出催化劑、反應物、生成物、中間體，再結合每一選項設計的問題逐項分

析判斷，選出正確答案。

(3)重新認識催化劑

①催化劑具有的三大特征

催化劑是通過降低反應活化能，從而改變了反應的途徑，此即催化劑加速化學反應的主要原因所在?？偨Y

起來，催化劑的特征主要表現(xiàn)在這樣幾個方面：

第一，催化劑可以改變反應速率，但其自身在反應前后的組成、質量和化學性質不變。

第二，催化劑不改變化學平衡。即催化劑既能加快正向反應的速率，也能加快逆向反應的速率，從而縮短

化學反應達到平衡的時間。

第三，催化劑具有特殊的選擇性，不同類型的反應，需要選擇不同的催化劑。同一種反應物，使用不同的

催化劑，可以得到不同的產(chǎn)物。

②常見催化劑的四大誤區(qū)

實際上，催化劑不是不參加化學反應，而是在化學反應前后，催化劑的化學

性質基本不變。例如在銅催化乙醇生成乙醛的反應中，銅參與反應的原理如

誤區(qū)催化劑不參下：

1加化學反應第一步為2CU+O2=2CUO,

第二步為CuO+CH3CH2OH^CU+CH3CHO+H20,這兩步反應方程式的加

和為O2+2CH3cH20H—CH3cHO+2H2。。顯然催化劑參與了化學反應。

一種反應只實際上一個反應可以有多種催化劑，只是我們常選用催化效率高的，對環(huán)境

誤區(qū)

有一種催化污染小，成本低的催化劑，如雙氧水分解的催化劑可以是二氧化錦，也可以

2

劑是氯化鐵，當然還可以硫酸銅等。

催化劑都是

誤區(qū)實際上，催化劑有正催化劑與負催化劑，正催化劑加快化學反應速率，負催

加快化學反

3化劑是減慢化學反應速率的。

應速率

催化劑的效實際上，催化劑參與了化學反應，是第一反應物。既然是反應物，催化劑的

誤區(qū)

率與催化劑表面積，催化劑的濃度大小必然影響化學反應速率。比如用酵母催化劑做食

4

的量無關品，酵母量大自然面就膨大快。催化劑的用量是會改變催化效率的。

限時提升練◎

（建議用時：40分鐘）

考向相對能量變化圖

1.（2025?遼寧沈陽?期中）科學家結合實驗與計算機模擬結果，研究了合成氨的反應歷程，如圖所示。其

中吸附在催化劑表面的物質用*表示，TS表示過渡態(tài)。下列說法正確的是

Tso

X

e

+TSI

Ns2Ts3

z/nT

,)S4

GH

+Ts6

*Ts5

zH

N

*Z

H

Z

_**+

**HH

HH*E+H

9S+U*z

++H**

**HHH

NZ￥Z+N

HGC*+

NHH

HNH

HN+N

Z*

H

N

反應歷程

A.圖示歷程包含了9個基元反應

B.N；+3Hz=N；+6H*反應的3<0,說明H—H鍵斷裂放出熱量

C.實際工業(yè)生產(chǎn)中，合成氨一般采用的溫度為400-500。。是為了提高氨氣產(chǎn)率

D.原料氣〃32）："但2）=1:3,平衡時，氨氣的體積分數(shù)為20%,則氮氣的轉化率約為33.3%

2.（2025?遼寧?期中）氫氣可將CO2還原為甲烷，反應為CO2（g）+4H2（g）UCH4（g）+2H2O（g）?？蒲腥藛T

結合實驗與計算機模擬結果，研究了在Pt/SiO?催化劑表面上CO?與的反應歷程，前三步歷程如圖所

示，其中吸附在Pt/SiC>2催化劑表面用“?”標注，TS表示過渡態(tài)。下列說法正確的是

3

Z3

能量/eVHZ

bH

+

4s

3+K3

oHZ3

0.5.rH3O

『+oT/KZ

0.03oS2gH

6++

oH+3

OOH

-0.5.j.Z

+?H

O+8

0H+

-1.0.O0

+?

o0

-1.5o.

.

-2.0

反應歷程

A.吸附在催化劑表面的物質形成過渡態(tài)的過程會放出熱量

B.反應歷程中活化能最小步驟的反應為：QH+-H=H2O(g)

C.三步歷程均為放熱過程

D.已知斷開Imo舊一H鍵、ImolN—H鍵、ImolN三N鍵需要的能量分別是436kJ、391kJ、946kJ,則N?

與H2反應生成NH3的熱化學方程式是N2(g)+3H2(g)u2NH3(g)AH=-92kJ

3.(2025?長春二中?四調)碳酸二甲酯DMC(CH30coOCE)是一種低毒、性能優(yōu)良的有機合成中間體，

科學家提出了新的合成方案(吸附在催化劑表面上的物種用*標注)，反應機理如圖所示。

相對能量/(102eV)

1601572CH30coOCH3+

「過渡態(tài)inH26+HO.

120112.6

103.11g/

I'/'

80，虹健\；625，''；

/態(tài)I、'些T'也2'

40

-2CH3OH+/1CH,OCOOCH*+H2O*+HO-*

HO?+CO2/CH0.*+C02*+CH3OH*+H2O*

0\-22.6/

\---------1▼

-40_CH30coO?*+CH3OH*+H2O*

2CH3OH*+HO-*+CO2*

反應進程

下列說法錯誤的是

A.反應進程中決速步驟的能壘為1.257x1()4eV

B.反應過程中有極性鍵的斷裂與生成

C.第2步的基元反應方程式為：CH3O*+CO2*—>CH3OCOO*

D.升高溫度，合成碳酸二甲酯反應速率增加，平衡向逆反應方向移動

4.(2025?黑龍江?聯(lián)考)以太陽能為驅動力，在介導上產(chǎn)生空穴h+(空穴是指共價鍵上流失一個電子，最

后在共價鍵上留下空位的現(xiàn)象)，在室溫條件下可將氮氣轉化為氨氣，其工作原理如下。下列說法錯誤的是

+

能量1N2,H

CB-U叫

-0.092.........*........................

0..................r.........................

1.23..................；...............

A.該過程中能量變化是光能轉化為化學能

B.該工藝可能生成副產(chǎn)物氫氣

光催化

C.生成氨氣的總反應：2N2+6H2O4NH3+3O2

D.VB上產(chǎn)生3moih+,CB上產(chǎn)生NH3II.2L（標準狀況）

考向02催化劑過渡態(tài)變化圖

5.（2025?遼寧大連?期中）Ni可活化C2H6放出CH「其反應歷程如下圖所示:

E/kJ?mol

下列關于活化歷程的說法正確的是

A.該反應的決速步是：中間體2—中間體3

B.只涉及極性鍵的斷裂和生成

C.Ni是該反應的催化劑

D.該反應的熱化學方程式為：Ni+C2H6=NiCH2+CH4AH=-6.57kJ/mol

6.（2025?黑龍江哈爾濱?期中）一定條件下，CH4與FeO+反應合成CH30H的反應歷程如圖所示。已知其

他條件不變時，直接參與化學鍵變化的元素被質量數(shù)更大的同位素替換時，反應速率會變慢。說明：過渡

態(tài)中""表示化學鍵未完全斷裂或形成。下列說法正確的是

一。'*T

(pe-"^3HO---CH3

一

」

。

￡b/過渡態(tài)R_Fe_

金

)/\一渡態(tài)h

?

a----------::\

盤

CH,+FeO+c'---------

HOCHe'■

\/3CH,OH+Fe+

Fe3

---------------------------------------------?

反應歷程

A.FeCT是該反應的催化劑

B.過渡態(tài)I穩(wěn)定性強于過渡態(tài)n

C.該反應中既有極性鍵的斷裂又有極性鍵的生成

D.CHp2與FeO+發(fā)生上述反應，笊代甲醇的產(chǎn)量CI^DOD>CHD20H

7.⑵25?哈師大附中?期中）三氟甲苯（白）與濃硝酸反應可生成〔

,該反應歷程中生

NO2

成兩種中間體的能量變化示意圖如下，下列說法錯誤的是

三_父CF3

和

B.N02的原子利用率均為100%

NO2

C.根據(jù)圖像可知，三氟甲苯與濃硝酸反應生成中間體2更快

D.三氟甲苯與NO；生成中間體1和中間體2的過程均吸熱

8.（2025?遼寧名校聯(lián)盟?聯(lián)考）目前工業(yè)上采用甲醇和一氧化碳反應制備乙酸:

CWOH+COTCH3coOH。以陰離子A，Rh（CO）/21｝為催化劑、以碘甲烷為助催化劑合成乙酸的示意圖

如下:

已知A為平面結構。下列說法錯誤的是

A.化合物A與％RhR是同分異構體

oc-、1

B.由C生成D的過程中是以CO作為配體與Rh形成配位鍵

C.如果將CM。充入反應體系中，180只出現(xiàn)在乙酸中

D.由E生成CH3co0H的反應是取代反應

考向03反應機理圖分析

9.（2025?黑龍江省實驗中學）科學家發(fā)現(xiàn)某些生物酶體系可以促進H+和e-的轉移（如a、b和c）,能將海

洋中的NO1轉化為N2進入大氣層，反應過程如圖所示。下列說法錯誤的是

NH：H2O

A.過程I中NO1被還原

B.NO是該轉化過程的一種中間產(chǎn)物

C.過程II中參與反應的n（NO）：n（NH：尸1：4

D.過程ITIII的總反應為NO；+NH：=N2t+2H2O

10.（2025?遼寧省實驗中學?期中）如下為氟利昂（如CFCL）破壞臭氧層的反應過程示意圖，下列說法錯誤

的是

CFCI紫外輻射

紫外輻射3

A.過程I中只有極性鍵的斷裂

B.由過程II可知CIO是催化劑

c.過程ni中o-ci鍵斷裂是吸熱過程，0-0鍵形成是放熱過程

D.過程n和ni的總反應可表示為。3+。=2。2

11.（2025?遼寧省實驗中學?期末）據(jù)文獻報道，我國學者提出氧化HBr生成Br2的反應歷程如圖所

示。下列有關該歷程的說法錯誤的是

A.基態(tài)Br原子最高能級原子軌道的形狀為啞鈴形

????

B.中間體HOBr的電子式為H：O：Br：

????

C.步驟②中，既有極性鍵又有非極性鍵斷裂

D.步驟③中，每生成ImolBr?轉移2moi電子

12.（2025?遼寧點石聯(lián)考?二模）將H2s和空氣的混合氣體通入FeCh、CuCl?和HC1的混合溶液中反應回

收S,其物質轉化歷程如圖所示。下列說法正確的是

...…X2

g-叭S

(D氣

cusj"

2++

A.歷程①發(fā)生反應H2S+Cu=CuSJ+2H

B.歷程②中CuS作氧化劑

C.歷程③中n（Fe2+）:n（C）2尸：4

D.若要吸收34gH?S,則至少要通入56L空氣（空氣中氧氣體積按20%計）

13.（2025?大慶實驗中學?期中）“肌合成酶”以其中的配合物為催化中心，可將NH20H與NH3轉化為脫

（N2H4）,其反應歷程如下:

NH3

H\

HLN"°、H

下列說法正確的是

A.反應物和生成物中的N原子均滿足8電子穩(wěn)定結構

B.該過程合成酶中鐵價態(tài)未發(fā)生改變

C.股是二元堿，與足量的硫酸反應得到酸式鹽產(chǎn)物為N2H5HSO4

D.若將NH3替換為ND3,反應可得N2D4

14.（2025?黑龍江?一模）CeO?是催化劑領域應用廣泛的稀土氧化物，其晶胞如圖1所示，晶胞參數(shù)為

?m,一種鈾的氧化物催化乙苯脫氫反應機理如圖2所示。下列說法正確的是

圖2

A.CeO2晶胞中Ce,+與最近O'-的核間距為

B.CeC）2的晶胞面對角線切面上的離子數(shù)目均有10個

C.催化乙苯脫氫過程中物質I為催化劑

D.反應過程中有非極性鍵的斷裂和生成

拓展培優(yōu)練

1.(2025?大慶石油高中?期中)甲烷與水發(fā)生重整反應CH4(g)+2H2O(g)UCO2(g)+4H2(g)是獲得氫能

的重要途徑，我國科學家對甲烷和水蒸氣催化重整反應機理進行了廣泛研究，通常認為該反應分兩步進

行。反應過程和能量變化如圖所示(過程①沒有加催化劑，過程②加入催化劑，圖中所有物質均為氣態(tài))：

下列說法中錯誤的是

A.CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)的AH=(E,-)

B.催化重整時，控制整個過程反應速率的是第II步

C.該反應在任何溫度下均可自發(fā)進行

D.高溫低壓有利于提高氫氣的產(chǎn)率

2.(2025?東北三省?聯(lián)考)氮氧化物(NOJ為燃油汽車尾氣中主要受管制的成分之一，其控制技術的研發(fā)

變得十分重要。燃油汽車排氣管內部安裝三元催化劑處理NO的反應為

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)AHo該反應相對能量如圖所示。下列敘述錯誤的是

4oo-

-反應1

3oo-TS1反應3

-TS3

2oo-2984岫反應2

(1-248.3

oo-199.2TS2

一

。-130.0

弓o-

-000

3oNO+NONO+CO

)1o-22CO?+N,O

、--

崛+co

2oo-

器o-

玄3o-

箕o-

4o--360.6

5o-2CO+N

o-22

-513.5

-600-CO2+N,O

反應歷程

A.反應1、2、3都是正反應活化能大于逆反應活化能

B.上述反應AH=-674.9kJ.mo「

C.選擇催化劑降低反應1的能壘可進一步提高反應速率

D.反應3:N2O(g)+CO(g)=CO2(g)+N2(g)AH3=-360.6kJ-moL

3.(2025?遼寧沈陽?期中)已知化合物A與H/)在一定條件下反應生成化合物B與:HCOCF,其反應歷程

如圖所示，其中TS表示過渡態(tài)，I表示中間體。下列說法正確的是

(TS2(16.87)

T-O

E

./\@TS組.153)

P

D

*、?：\⑤/

程

宅空空.34)；12(5.31)\@

要f''、②：\

A+H20(0.00)__；-

11(-1.99)B+HCOO-J2.38)r

反應歷程

A.TS2所在的基元反應中活化分子百分數(shù)最大

B.該歷程中的最大能壘(活化能)E正=18.86kJ/tnol

C.使用催化劑只降低正反應的活化能，反應的婚變不變

D.該反應歷程包含二個基元反應

4.(2025?大慶實驗中學?期中)水體中存在的NO］、NO］等致癌陰離子對人體健康構成嚴重威脅。采用

Pd-FesO,雙催化劑，可實現(xiàn)用H?消除酸性廢水中的致癌物NO］、NO；,Fes。,中含有Fe(H)、Fe(III),其

反應歷程示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是

A.Fe(II)與Fe(III)相互轉化起到了傳遞電子的作用

B.用該法處理后水體的pH降低

C.過程③每生成1個NH；以及過程④每生成1個N2,轉移電子數(shù)之比2:1

D.鍵角：NO；>NO->NH：

5.(2025?大連育明高中?期中)全球大氣CO?濃度升高對人類生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了影響，碳及其化合物的資

源化利用成為研究熱點?；卮鹣铝袉栴}：

(1)Pd-MgO/SiC?2界面上甲烷化的過程如圖所示：下列說法正確的是(填標號)。

見p

MgO…CH：HjMgO"1COj

MgOCH2二COOH

HH

\*xYxAH2O

MgO-CHH\HMgO-CO

XHX

MgO?C^―^-MgO-COH

1UO

A.整個循環(huán)過程中鎂的價態(tài)不斷發(fā)生改變

B.循環(huán)中Pd、MgO、SiC>2均未參與反應

C.氫分子在Pd表面被吸附并解離為氫原子

D.總反應為：4H2+CO2=CH4+2H2O

6.（2025?湖南省名校聯(lián)盟?期中）丙烯（CH2=CHCH3）是世界上產(chǎn)量最大的化工品之一。

（2）以ImF-Mo3P為催化劑，利用太陽能電池將CO2轉化為CO、31^（丙烯）等有機化工原料，其工作原

理如圖所示（M、N電極均為惰性電極）。

CO、C3H6電池

o2

催化劑tt

MN

co2

質子交換膜

①CO?電還原過程中相對能量（eV）變化如下圖所示。

CO

OH;OH

?jIco（g）

八八/OHJMOMOMOI^co脫附

\OHOH

1（TS）、

|MOMOMO|^-|MOMOMO|']MOMOMO|

一—一一/E=1.89eV

I2.8AI2.8ARC2OHCOOH/

RC1]MoMoMof（Xr°rn