高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)微專題11反應(yīng)歷程(機理)圖示分析學(xué)案

微專題11反應(yīng)歷程(機理)圖示分析聚焦一能量變化—反應(yīng)歷程(機理)圖像1．基元反應(yīng)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)往往經(jīng)過多個反應(yīng)步驟才能實現(xiàn)，每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)；先后進行的基元反應(yīng)反映了反應(yīng)歷程，反應(yīng)歷程又稱反應(yīng)機理。如H2和O2的反應(yīng)需經(jīng)歷多步基元反應(yīng)才能完成，主要的4步基元反應(yīng)如下：H2→2H·(速率最小，稱為決速步)；H·＋O2→·OH＋O·；O·＋H2→·OH＋H·；·OH＋H2→H2O＋H·。2．過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論認為，基元反應(yīng)在從反應(yīng)物到生成物的變化過程中要經(jīng)歷一個中間狀態(tài)，這個狀態(tài)稱為過渡態(tài)。AB＋C→[A…B…C]→A＋CB反應(yīng)物過渡態(tài)生成物過渡態(tài)是反應(yīng)過程中具有最高能量的一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)，過渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量的差值相當(dāng)于活化能[活化能(能壘)越高，此步基元反應(yīng)速率越小]。例如，一溴甲烷與NaOH溶液反應(yīng)的過程可以表示為CH3Br＋OH－→[Br…CH3…OH]→Br－＋CH3OH，反應(yīng)歷程示意圖如下：3．活化能與反應(yīng)機理使用催化劑，可以改變活化能，改變反應(yīng)機理，在反應(yīng)機理中每一步反應(yīng)的活化能不同，且均比總反應(yīng)的活化能低，故一般使用催化劑可以降低反應(yīng)活化能，增大反應(yīng)速率，如下圖所示：E1為總反應(yīng)的活化能；E2、E3為使用催化劑后，反應(yīng)機理中各步的活化能。4．解答能量變化圖像“四關(guān)鍵”(1)明確圖像橫縱坐標的含義：一般是橫軸表示反應(yīng)過程，縱軸表示能量變化。(2)細致觀察各個步驟的變化：起始態(tài)、過渡態(tài)、最終態(tài)等。(3)厘清圖像變化與概念間的關(guān)系：吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)、活化能、ΔH、穩(wěn)定性等的正確判斷。(4)結(jié)合題意進行決速步驟的判斷，ΔH的計算等?！揪氄骖}】1．(2023·新高考廣東卷)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應(yīng)R(g)?P(g)，反應(yīng)歷程(下圖)中，M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時，下列說法不正確的是()A．使用Ⅰ和Ⅱ，反應(yīng)歷程都分4步進行B．反應(yīng)達平衡時，升高溫度，R的濃度增大C．使用Ⅱ時，反應(yīng)體系更快達到平衡D．使用Ⅰ時，反應(yīng)過程中M所能達到的最高濃度更大解析：選C。由歷程圖可知，使用Ⅰ和Ⅱ，R轉(zhuǎn)化為M經(jīng)歷兩步，M轉(zhuǎn)化為P又經(jīng)歷了兩步，所以反應(yīng)歷程都分4步進行，A項正確；由歷程圖可知，該反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，R的濃度增大，B項正確；由歷程圖可知，使用Ⅱ時，第一步反應(yīng)的活化能在所有反應(yīng)中最大，反應(yīng)速率小，反應(yīng)體系達到平衡慢，C項錯誤；由歷程圖可知，使用Ⅰ時，R轉(zhuǎn)化為M速率較大，而M轉(zhuǎn)化為P速率較小，所以反應(yīng)過程中M所能達到的最高濃度更大，D項正確。2．(2023·浙江1月選考)標準狀態(tài)下，氣態(tài)反應(yīng)物和生成物的相對能量與反應(yīng)歷程示意圖如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相對能量為0]。下列說法不正確的是()A．E6－E3＝E5－E2B．可計算Cl—Cl鍵能為2(E2－E3)kJ·mol－1C．相同條件下，O3的平衡轉(zhuǎn)化率：歷程Ⅱ>歷程ⅠD．歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最大的一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為ClO(g)＋O(g)=O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5—E4)kJ·mol－1解析：選C。根據(jù)歷程Ⅰ可知，O3(g)＋O(g)?2O2(g)的ΔH＝(E6－E3)kJ·mol－1，根據(jù)歷程Ⅱ可知，O3(g)＋O(g)?2O2(g)的ΔH＝(E5—E2)kJ·mol－1，故E6－E3＝E5－E2，A項正確；根據(jù)歷程Ⅰ和歷程Ⅱ可知，Cl(g)的相對能量為(E2－E3)kJ·mol－1，由于Cl2(g)的相對能量為0，故Cl2(g)=Cl(g)＋Cl(g)的ΔH＝2(E2－E3)kJ·mol－1，即Cl—Cl鍵能為2(E2－E3)kJ·mol－1，B項正確；歷程Ⅱ使用了催化劑Cl，催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，故O3的平衡轉(zhuǎn)化率：歷程Ⅱ＝歷程Ⅰ，C項錯誤；歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最大的一步反應(yīng)為活化能最小的反應(yīng)，即ClO(g)＋O(g)=O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1，D項正確?！揪毮M】3．(2024·廣東高三調(diào)研)丙烯與HBr可同時發(fā)生如下兩個反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：CH3CH=CH2＋HBr?CH3CH2CH2BrΔH1反應(yīng)Ⅱ：CH3CH=CH2＋HBr?CH3CHBrCH3ΔH2其反應(yīng)歷程如圖所示，下列說法正確的是()A．ΔH2＝Ea－EbB．升高溫度，丙烯的平衡轉(zhuǎn)化率增大C．相同條件下，反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)速率大于反應(yīng)Ⅱ的D．改用更高效的催化劑，Ea、Eb、ΔH2均不變解析：選D。A．由題圖可知，反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，ΔH2＝－(Ea－Eb)，故A錯誤；B．由題圖可知，反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，丙烯的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；C．由題圖可知，反應(yīng)Ⅰ的活化能大于反應(yīng)Ⅱ的活化能，反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越小，故相同條件下，反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)速率小于反應(yīng)Ⅱ的，故C錯誤；D．改用更高效的催化劑，可以降低反應(yīng)的活化能，增大反應(yīng)速率，但反應(yīng)物的總能量、生成物的總能量和反應(yīng)的焓變不變，故D正確。4．(2024·湛江第一中學(xué)高三開學(xué)考試)反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)?2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－620.9kJ·mol－1分三步進行，各步的相對能量變化如圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示：下列說法正確的是()A．三步分反應(yīng)中決定總反應(yīng)速率的是反應(yīng)ⅢB．過渡狀態(tài)a、b、c的穩(wěn)定性：b>c>aC．反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ兩步的總反應(yīng)為CO(g)＋2NO(g)?CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－314.3kJ·mol－1D．反應(yīng)Ⅲ的逆反應(yīng)活化能為534.9kJ·mol－1解析：選C。A．活化能越大，反應(yīng)速率越小，根據(jù)題圖可知，反應(yīng)Ⅰ的活化能最大，因此三步分反應(yīng)中決定總反應(yīng)速率的是反應(yīng)Ⅰ，A錯誤；B．三個圖像的起始相對能量都為0，但起始物質(zhì)不同，無法判斷過渡狀態(tài)a、b、c的穩(wěn)定性大小，B錯誤；C．反應(yīng)Ⅰ為2NO(g)?O—N=N—OΔH＝＋199.2kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ為O—N=N—O＋CO(g)?CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－513.5kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ可得，CO(g)＋2NO(g)?CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－314.3kJ·mol－1，C正確；D．根據(jù)總反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)?2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－620.9kJ·mol－1和C項分析可得，反應(yīng)Ⅲ為N2O(g)＋CO(g)?CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－306.6kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅲ的逆反應(yīng)活化能＝(248.3＋306.6)kJ·mol－1＝554.9kJ·mol－1，D錯誤。聚焦二物質(zhì)催化循環(huán)—反應(yīng)歷程(機理)圖像1．“環(huán)式”物質(zhì)催化循環(huán)圖示2．物質(zhì)類別的判斷(1)催化劑的判斷：一般地，催化劑在機理圖中多是以完整的循環(huán)出現(xiàn)的。(2)反應(yīng)物的判斷：通過一個箭頭進入整個歷程的物質(zhì)是反應(yīng)物。(3)中間體的判斷：轉(zhuǎn)化歷程中生成，隨之又參與下一步反應(yīng)，一般不脫離整個歷程。(4)生成物的判斷：通過一個箭頭最終脫離整個歷程的物質(zhì)一般是生成物。【練真題】1．(2023·新高考湖南卷)N2H4是一種強還原性的高能物質(zhì)，在航天、能源等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。我國科學(xué)家合成的某Ru(Ⅱ)催化劑{用[L-Ru—NH3]＋表示}能高效電催化氧化NH3合成N2H4，其反應(yīng)機理如下圖所示。下列說法錯誤的是()A．Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配體NH3失去質(zhì)子能力增強B．M中Ru的化合價為＋3C．該過程有非極性鍵的形成D．該過程的總反應(yīng)式：4NH3－2e－=N2H4＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))解析：選B。由題圖可知，Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L-Ru—NH3]2＋可與NH3反應(yīng)生成[L-Ru—NH2]＋和NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，配體NH3失去質(zhì)子能力增強，A項正確；結(jié)合題圖可知，[L-Ru—NH3]2＋→[L-Ru—NH2]＋失去1個H，所帶電荷數(shù)減1，則Ru化合價不變，與[L-Ru—NH2]＋相比，M中N含有1個單電子，所以Ru的化合價不是＋3，B項錯誤；由題圖可知，反應(yīng)過程中有N—N非極性鍵的形成，C項正確；由題圖可知，總反應(yīng)為4NH3－2e－=N2H4＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，D項正確?！揪毮M】2．(2024·汕頭模擬)CO2/C2H4耦合反應(yīng)制備丙烯酸甲酯的機理如下圖所示。下列敘述錯誤的是()A．由步驟①知，加成反應(yīng)也可生成酯類物質(zhì)B．反應(yīng)過程中存在C—H的斷裂C．該反應(yīng)的原子利用率為100%D．若將步驟②中CH3I換為CH3CH2I，則產(chǎn)品將變?yōu)楸┧嵋阴ソ馕觯哼xC。由題圖可知，CO2/C2H4耦合反應(yīng)制備丙烯酸甲酯的反應(yīng)物為二氧化碳、乙烯和一碘甲烷，生成物為丙烯酸甲酯和碘化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2＋CH2=CH2＋CH3Ieq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do8())CH2=CHCOOCH3＋HI。A．由題圖可知，步驟①為LnNi、乙烯與二氧化碳發(fā)生加成反應(yīng)生成酯，故A正確；B．由題圖可知，步驟③中生成碳碳雙鍵，存在C—H的斷裂，故B正確；C．由分析可知，生成物為丙烯酸甲酯和碘化氫，故該反應(yīng)的原子利用率不可能為100%，故C錯誤；D．由分析可知，二氧化碳、乙烯和一碘甲烷在催化劑作用下反應(yīng)生成丙烯酸甲酯和碘化氫，則二氧化碳、乙烯和碘乙烷在催化劑作用下反應(yīng)生成丙烯酸乙酯