高考化学二轮复习热化学化学反应速率与平衡专题一能垒变化图像与催化机理循环图像分析课件

(共40张PPT)
1.(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)如下：
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2.69 eV
C.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
D
解析　由反应历程图可知，反应ⅰ反应后相对能量增加0.05 eV，体系能量升高，故反应ⅰ为吸热反应，A正确；由题图可知，反应ⅱ中H2O(g)脱去的步骤即反应ⅱ的最后一步的活化能为3.39 eV－0.70 eV＝2.69 eV，B正确；反应ⅲ历程中存在两个过渡态，故包含2个基元反应，C正确；由题图可知，整个反应历程中，活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应的步骤，其活化能为6.37 eV －3.30 eV＝3.07 eV，故D错误。
下列说法正确是(　　)
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
C
2.(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)。
解析　化学平衡常数只与温度有关，而与其他条件无关，因此两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数相同，B错误；反应的决速步骤为活化能最大的步骤，即反应进行最慢的步骤，由图像可以看出，在①转化为②的进程中，*CH3CHCH3＋*H―→*CH3CHCH2＋2*H 的活化能最大，因此①转化为②的进程中，决速步骤为
*CH3CHCH3＋*H―→*CH3CHCH2＋2*H(或写为*CH3CHCH3―→*CH3CHCH2＋*H)，D错误。
D
B
解析　由反应机理图可知，三唑在反应循环中，化学性质和质量没有变化，作催化剂，A正确；CO2换成C18O2，可生成HC18O18OH，B错误；CO2转化为HCOOH，碳原子轨道的杂化从sp转化为sp2，C正确；CO2和H2O反应生成H2O2和HCOOH，总反应为2H2O＋CO2===H2O2＋HCOOH，D正确。
(3)同一反应分为若干个基元反应，活化能大的基元反应速率较慢，决定了总反应的快慢；相同反应物同时发生多个竞争反应时，能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。
(4)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH。
1.反应历程图像分析
(1)在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能；ΔH＝E1－E2。
(2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤，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。
2.催化循环机理图像分析
(1)解题思路——通览全图，找准一“剂”三“物”
一“剂”指催化剂 催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应物、生成物、中间产物(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生成物
中间产物
(或中间体) 通过一个箭头脱离整个历程，但最终生成生成物的是中间体，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
(2)示例——环式历程分析法
B
D
[思维建模]
能垒变化图像分析流程
C
4.(2025·河南郑州二模)已知某偶联反应的机理如下图所示。

下列叙述正确的是(　　)
A.L2Pd和(C2H5)3N为该反应中的催化剂
B.图示中的偶联反应为RX＋R′H―→RR′＋HX
C.上图中涉及到非极性键的断裂和形成
D.CH3CH2Br与HCH3发生该偶联反应得到2 戊炔
D
解析　从反应机理图看，L2Pd参与反应过程，在反应后其化学组成和结构未变，是催化剂；而(C2H5)3N在反应中是作为反应物参与反应，生成了(C2H5)3NHX，并非催化剂，A错误；观察反应机理图，图中的偶联反应：RX＋R′H＋(C2H5)3N―→RR′＋(C2H5)3NHX，B错误；分析反应过程，涉及R—X键(极性键)断裂等，形成RR′中的C—C键等，反应中没有非极性键的断裂，只有非极性键(C—C)的形成，C错误；根据偶联反应机理，CH3CH2Br(R为—CH2CH3 )与HCH3(R′为—CH3 )发生偶联反应，得到的产物是CH3CH2—C≡C—CH3，即 2 戊炔，D正确。
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2.(2025·广东湛江一模)反应物(S)转化为产物(P或Q)的能量变化与反应进程的关系如下图所示。下列关于四种不同反应进程的说法正确的是(　　)

A.进程Ⅰ升高温度，逆反应速率增大，正反应速率降低
B.生成相同物质的量的P，进程Ⅰ、Ⅱ释放的能量相同
C.反应进程Ⅲ生成P的速率大于反应进程Ⅱ
D.进程Ⅳ可以说明催化剂可以改变反应产物
B 　
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解析　进程Ⅰ升高温度，正、逆反应速率均增大，A错误；进程Ⅱ使用了催化剂X，降低了反应的活化能，但不改变反应热，S转化为P是放热反应，对于进程Ⅰ、Ⅱ，生成相同的物质的量的P所放出的热量相同，B正确；反应Ⅲ的活化能高于反应Ⅱ的活化能，则反应速率：反应Ⅱ>反应Ⅲ，C错误；在进程Ⅳ中最终生成Q，改变了反应的产物，即S＋Z===Q，Z不属于催化剂，D错误。
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4.(2025·四川眉山一模)合成氨反应为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。在铁触媒催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用ad标注。下列说法不正确的是(　　)
A.合成氨反应的ΔH<0
B.经过过渡态3发生的变化为N2H2(ad)＋H2(ad)===N2H4(ad)
C.催化剂改变了合成氨反应的历程和反应热
D.该历程中最大能垒(活化能)：E正＝(f－e)eV
C
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解析　由图可知，合成氨反应为反应物的总能量大于生成物的总能量的放热反应，反应的ΔH<0，故A项正确；经过过渡态3步骤发生的反应为N2H2(ad)＋2H2(ad)===N2H4(ad)＋H2(ad)，即N2H2(ad)＋H2(ad)===N2H4(ad)，故B项正确；铁触媒催化剂改变了合成氨反应的历程，但不能改变反应热，故C项错误；该历程中最大能垒(活化能)E正＝－e eV－(－f eV)＝(f－e)eV，故D项正确。
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5.(2025·八省联考四川卷)恒容反应器中，Rh和Rh/Mn均能催化反应：HCHO＋H2＋CO HOCH2CHO(羟基乙醛)，反应历程如图所示，I1～I3为中间体，TS1～TS3为过渡态。
下列描述正确的是(　　)
A.“CO插入”步骤，ΔH为－17.6 kcal·mol-1
B.Rh催化作用下，“加氢”步骤为决速步骤
C.Rh/Mn催化作用下，羟基乙醛的生成速率更小
D.反应达平衡时，升高温度，羟基乙醛的浓度增大
B
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解析　由题图可知，一氧化碳插入步骤为放热反应，ΔH＝－15.4 kcal·mol-1，故A错误；反应的活化能越大，反应速率越慢，慢反应是反应的决速步骤，由题图可知，Rh催化作用下，加氢步骤的活化能为24.4 kcal·mol-1，反应的活化能最大，所以加氢步骤为决速步骤，故B正确；反应的活化能越大，反应速率越慢，由题图可知，Rh催化作用下，反应的活化能大于 Rh/Mn催化作用下的，所以羟基乙醛的生成速率小于Rh/Mn催化作用下的，故C错误；由题图可知，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，故D错误。
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6.(2025·河南卷)在MoS2负载的Rh－Fe催化剂作用下，CH4可在室温下高效转化为CH3COOH，其可能的反应机理如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.该反应的原子利用率为100%
B.每消耗1 mol O2可生成1 mol CH3COOH
C.反应过程中，Rh和Fe的化合价均发生变化
D.若以CD4为原料，用H2O吸收产物可得到
CD3COOH
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B
解析　分析题图可知，该过程的总反应为2CO＋O2＋2CH4===2CH3COOH，故原子利用率为100% ，A正确；根据总反应方程式知，每消耗1 mol O2会生成2 mol CH3 COOH，B错误；分析题图知，催化剂原子上可连接O原子、—OH、—CO、—COCH3，且反应过程中成键个数均发生变化，所以Rh和Fe的化合价均发生改变，C正确；若以CD4为原料，按照总反应方程式，应当生成CD3COOD，其在水溶液中存在平衡：CD3COOD CD3COO－＋D＋，CD3COO－会与H2O电离出的H＋结合生成CD3COOH，D正确。
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解析　水分子中心氧原子形成2个σ键、有2对孤电子对，则H2O的空间结构为V形，A项正确；碳正离子中间体存在sp3杂化，所有原子不可能共平面，而取代产物中心原子均为sp2杂化，所有原子可能共平面，B项错误；反应1从中间体到过渡态活化能较高，所以反应1的反应速率比反应2的反应速率慢，C项正确；从能量变化上看，取代产物与加成产物的能量差值ΔE＝214.63 kJ·mol-1，能量越低越稳定，取代产物更稳定，D项正确。
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