新高考化学三轮复习考前冲刺练习易错专题10 反应机理（2份打包，原卷版+解析版）

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►易错点二 反应机理
典例精讲
易错点一 有效碰撞理论
【易错典例】
例1目前认为酸催化乙烯水合制乙醇的反应机理及能量与反应进程的关系如图所示。下列说法错误的是
A．第②、③步反应均释放能量
B．该反应进程中有二个过渡态
C．酸催化剂能同时降低正、逆反应的活化能
D．总反应速率由第①步反应决定
【解题必备】有效碰撞理论
（1）化学反应发生的条件：在化学反应中，反应物分子不断发生碰撞，大多数碰撞无法发生反应，只有少数分子的碰撞才能发生化学反应，能发生有效碰撞的分子是活化分子。普通反应物分子形成活化分子所需要的能量叫活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。发生有效碰撞不仅有能量的因素，还有空间因素，只有同时满足这两者的要求才能发生有效碰撞。
（2）反应历程：发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。
在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。
【变式突破】
1．（2024·河南·洛宁县第一高级中学高三阶段练习）臭氧层中O3分解过程如图所示，下列说法不正确的是
A．催化反应①是吸热反应，催化反应②是放热反应
B．E1是催化反应①对应的正反应活化能
C．温度升高，总反应的正反应速率的增加幅度大于逆反应速率的增加幅度
D．(E2+△H)是催化反应②对应的逆反应活化能
2．（2024·广东佛山·二模）一种催化制备的部分反应历程和能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是
A．有4个基元反应
B．升温有利于的吸附
C．反应不是决速步
D．增大的投入量，可提高其平衡转化率
3．（2024·吉林·三模）甲醇用途广泛，可用作溶剂、防冻剂、燃料，也可用于生产生物柴油，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)可以合成甲醇，涉及的反应如下，回答下列问题：
反应ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=−91.5kJ∙ml−1
反应ii：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=−49.9kJ∙ml−1
反应iii：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41.6kJ∙ml−1
(1)在某催化剂作用下，反应ⅰ的反应历程如图所示(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量，*表示吸附在催化剂上)：
①CO2的电子式为 。
②结合反应历程，写出反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式 。
③m= (计算结果保留两位有效数字，已知1eV=1.6×10−22kJ)。
(2)反应ⅰ的Arrhenius经验公式Rlnk=−+C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C均为常数，T为温度)，实验数据如图中曲线M所示。当改变外界条件时，实验数据如图中曲线N所示，则实验可能改变的外界条件是 。
(3)将一定量的CO2(g)和H2(g)充入密闭容器中并加入合适的催化剂，只发生反应ii和iii．在相同温度不同压强下测得CO2的平衡转化率、CH3OH(g)的选择性和CO的选择性随压强变化曲线如图所示。
①图中表示CH3OH的选择性的曲线是 (填“m”“n”或“p”)，简述判断方法 。
②反应体系中组分CO2(g)、CO(g)的浓度随时间变化情况如图所示。0～15s时间段内，CH3OH的平均反应速率为 ml·L−1·s−1(保留两位有效数字)。
易错点二 反应机理
【易错典例】
例2（2024·河南·高三阶段练习）由簇介导的光辅助水蒸气重整甲烷的两个连续催化循环机理如图所示(“UV”代表紫外线)。
下列说法错误的是
A．在循环中起催化作用
B．该反应可用于制取合成气、
C．过程中包含反应
D．反应过程中金属元素、V的价态均不变
【解题必备】
1.反应机理：
（1）应反机理是用来描述某反应物到反应产物所经由的全部基元反应，就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应，以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，然后按照一定规律组合起来，从而阐述复杂反应的内在联系，以及总反应与基元反应内在联系。
（2）反应机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。典型的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。
（3）反应机理中包含的基元反应是单分子反应或双分子反应。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。
（4）认识化学反应机理，任何化合物的每一步反应都应该是在该条件下此类化合物的通用反应。
2.催化剂与化学反应：化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质（催化剂）其作用可降低反应的活化能。催化剂能改变反应的途径、降低反应的活化能、加快反应速率，但不能改变反应热的符号与数值、不能改变平衡的移动方向。解答时注意题干信息的理解应用，通过分析化学反应过程，明确反应过程中催化剂的作用和能量变化、化学键的变化。左图虚线表示催化剂对反应的影响，右图为催化反应历程示意图。
【变式突破】
4．（2024·云南曲靖·二模）半导体光催化是指半导体材料吸收光子，产生光生电子和空穴，从而引发一系列反应的过程。一种光催化选择性氧化甲烷制备甲醇的机理如图所示，下列说法错误的是
A．转化①是吸热过程
B．的电子式为
C．转化②发生的反应可表示为
D．光照下可以加快该反应的速率，且不改变反应的焓变
5．（2024·江苏·淮海中学高三期末）某种含二价铜的催化剂[CuII(OH)(NH3)]+可用于汽车尾气脱硝。催化机理如图1所示，反应过程中不同态物质体系所具有的能量如图2所示。下列说法中正确的是
A．该脱硝过程总反应的△H＞0
B．由状态④到状态⑤发生了氧化还原反应
C．总反应的化学方程式为4NH3+2NO+2O26H2O+3N2
D．依据反应历程能量变化，反应过程中不同态物质体系稳定性降低
6．（2024·福建厦门·高三期末）催化剂(Fe，Al)/MIL-53可直接选择性氧化甲烷制甲醇，节省能耗。
(1)(Fe，Al)/MIL-53制备方法如下：Al(NO3)3•9H2O+Al/MIL-53(Fe，Al)/MIL-53。
①对苯二甲酸的结构简式为_______，该分子中最多_______个原子共平面。
②生成（Fe，Al)/MIL-53过程中溶液pH_______(填“变大”或“变小”)。
③(Fe，Al）/MIL-53中Fe3+位于O原子形成的_______空隙中，1个对苯二甲酸根离子最多能形成_______个配位键。
(2)(Fe，Al)/MIL-53催化CH4制CH3OH的机理如图，其中虚线表示吸附状态。
①ii转化为iii的过程中，破坏的微粒间作用力有_______(填标号)。
A．σ键 B．配位键 C．离子键 D．极性键 E.非极性键
②该催化循环中铁元素价态有_______种。
(3)用FeCl3•6H2O和对苯二甲酸合成Fe/MIL-53。两种催化剂在上述催化过程中相对能量的变化情况如图。
①Fe/MIL-53催化过程中决速步骤为_______(化学键变化角度答题)。
②(Fe，Al)/MIL-53催化效果更佳的原因是_______。
考点精练
1．（2024·广西·二模）是一种特别的共轭体系。在高温条件下可以由分子经过5步氢提取和闭环脱氢反应生成。其中第一步过程的反应机理和能量变化如下：
下列说法错误的是
A．反应过程中有极性键的断裂和形成
B．图示历程中的基元反应，速率最慢的是第3步
C．制备的总反应方程式为：
D．从的结构分析，结构中五元环和六元环结构的数目分别为6、10
2．（2024·重庆·一模）我国科技工作者用钾离子促进电催化合成尿素可能的反应机理如图。与其他步骤相比，碳氮键的形成过程活化能更高。下列说法正确的是
A．尿素中氮原子采取杂化B．步骤①和③的反应速率较其他步骤快
C．步骤⑥发生的是氧化反应D．以上过程中涉及极性键的形成和断裂
3．（2024·河北·二模）硅铝酸盐沸石离子交换分子筛M-ZSM-5(M为Fe、C、Ni、Cu)催化N2O氧化CH4制甲醇的反应机理如图所示，下列说法错误的是
A．反应②的原子利用率为
B．反应①、②、③、⑥、⑦中，的化合价发生了改变
C．M-ZSM-5能降低氧化制甲醇反应的活化能，改变反应的
D．总反应为
4．（2024·广东惠州·三模）一定条件下，1-苯基丙炔(Ph-C=C-CH3)可与HCl发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应I、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是
A．反应活化能：反应I<反应Ⅱ
B．反应焓变：反应I<反应Ⅱ
C．增加HCl浓度不会改变平衡时产物Ⅱ和产物I的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
5．（2024·黑龙江·二模）1，2-丙二醇可用作制备不饱和聚酯树脂的原料，在化妆品、牙膏和香皂中可与甘油配合用作润湿剂。已知1，2-丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理如图所示。下列说法不正确的是
A．的化学式为
B．催化过程中金属元素成键数发生改变
C．是该反应的催化剂，可通过降低反应的活化能来提高化学反应速率
D．整个反应的化学方程式为
6．（2024·重庆·二模）一种合金催化剂催化水解释氢的反应机理如图所示。下列说法正确的是
A．使用催化剂增大反应的活化能和反应速率
B．反应过程中B原子杂化方式不变
C．反应过程中无配位键断裂
D．若将换成，则有HD和生成
7．（2024·湖南怀化·二模）一种利用和直接合成的反应历程如下图所示。下列说法中错误的是
A．总反应的原子利用率理论上可达100%
B．步骤2中，若完全反应，则理论上转移电子数目为2NA
C．降低了反应的活化能，加快了反应速率
D．和中Pd的化合价不相同
8．（2024·广东茂名·二模）我国科研人员探究了不同催化剂电化学催化生产HCOOH的催化性能，反应机理如图所示。下列说法不正确的是
A．使用三种催化剂，反应历程都分4步进行
B．该反应过程仅涉及键的断裂与形成
C．相同条件下，HCOOH（l）比（g）稳定
D．相同条件下，使用催化剂In（101）时，反应过程中*OCHO所能达到的最高浓度更大
9．（2024·云南大理·二模）某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放，一定条件下该反应(均为气体)经历三个基元反应阶段，反应历程如下图所示(TS表示过渡态)。下列说法错误的是
A．该过程包含一个吸热反应和两个放热反应
B．反应②逆反应的活化能为
C．该过程的总反应为
D．反应③生成2ml时，转移电子数为
10．（2024·广东·一模）乙烯氢化的热化学方程式为 ，使用不同含Au催化剂的反应历程如图所示。下列说法错误的是
A．1ml 的能量小于1ml 与1ml 具有的能量之和
B．该反应的焓变：
C．过渡态物质的稳定性：过渡态1>过渡态2
D．相应的活化能：催化剂AuF>催化剂
11．（2024·河南信阳·二模）基于非金属原子嵌入石墨烯三嗪基中，用于催化一氧化碳加氢生成甲醇的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面上的物种用“”标注，下列说法中错误的是
A．整个反应历程中有四个基元反应
B．过渡态相对能量：
C．物种吸附在催化剂表面的过程为吸热过程
D．反应决速步的活化能为0.95eV
12．（2024·湖南益阳·三模）溴代叔丁烷与乙醇的反应进程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A．溴代叔丁烷与乙醇的反应为吸热
B．溴代叔丁烷和乙醇的总反应速率由反应Ⅲ决定
C．氯代叔丁烷和乙醇中发生相似的反应，则反应I的活化能将增大
D．由该反应原理可推知，二溴乙烷和乙二醇反应可制得环丁烷
13．（2024·江西萍乡·二模）二氧化碳催化加氢制甲醇，能助力“碳达峰”，发生以下反应：
反应①
反应②
资料：催化剂上吸附或沉积太多的水，碳等，易使催化剂中毒。
(1)反应②在热力学上自发进行的趋势大于反应①，其原因是 。
(2)已知反应①的速率方程，，(、分别为正、逆反应速率常数，只与温度、催化剂有关)。温度下反应达到平衡时，温度下反应达到平衡时。由此推知， (填“>”“<”或“=”)。
(3)压强为100kPa下，将1ml 和2ml 通过装有催化剂的反应器充分反应，平衡时和CO的选择性、的转化率随温度的升高曲线如图所示
①图中曲线a代表的是 。
②在上述条件下合成甲醇的适宜工业条件是 。
A．100～300K B．500～600K C．900～1000K D．1000K以上
③573K时，反应②平衡常数 (写计算式，为以气体的物质的量分数表示的平衡常数)。
(4)催化加氢制低碳烯烃(2～4个C的烯烃)
某研究小组使用Zn-Ga-O/SAPO-34双功能催化剂实现了直接合成低碳烯烃，并给出了其可能的反应历程(如图所示)。Zn-Ca-O无催化活性，形成氧空位后具有较强催化活性，首先在Zn-Ga-O表面解离成2个H*，随后参与到的还原过程；SAPO-34则催化生成的甲醇转化为低碳烯烃。
注：□表示氧原子空位，*表示吸附在催化剂上的微粒。
①理论上、反应历程中消耗的H*与生成的甲醇的物质的量之比为 。
②若原料气中比例过低、过高均会减弱催化剂活性，原因是 。
14．（2024·四川眉山·二模）氮氧化物进入同温层可对臭氧层造成破坏，对人类生活造成不利影响，目前工业上可采用多种方法对废气中的氮氧化物进行脱除，回答下列问题：
(1)SCR法主要是针对柴油发动机产生的的处理工艺，原理是和在选择性催化剂表面转化为和，反应历程中的能量变化如下图所示：
其中决定总反应速率的步骤是 ，SCR法会产生高分散度的烟尘，会使催化剂的活性下降，原因是 。
(2)甲烷脱硝：
①已知甲烷的燃烧热为890.3kJ/ml， ， ，则甲烷脱硝反应的 kJ/ml。
②800K时，为提高NO的平衡转化率，理论上可以采取的措施有： 。
A．恒容时增加 B．恒压时通入一定量的Ar
C．移去部分 D．选择合适的催化剂
③一定温度下，将按一定比例混合的反应气匀速通过恒容催化反应器，测得NO去除率同转化率随反应温度的变化关系如下图所示：
当T>780K时，NO去除率随温度升高而降低的原因是 ；若反应气中，起始总压为66kPa，甲烷的平衡转化率为80%(若不考虑过程中存在的其他副反应)，计算该温度下反应的分压平衡常数 (以分压表示，分压=总压×物质的量分数，保留两位有效数字)。
(3)中国科学院研究人员报道了一种以铜锡合金为催化剂，在电催化条件下还原NO高效合成氨的方法，并通过DFT计算研究了反应可能得机理如下(*表示催化剂表面吸附位，如表示吸附于催化剂表面的NOH)：
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
Ⅴ Ⅵ
上述反应机理中，第Ⅲ步的转化机理为 ；若电路中有4ml电子通过，其中生成的选择性为95%，则阴极生成的物质的量为 ml。
15．（2024·辽宁抚顺·模拟预测）甲醇和乙醇都是清洁能源，也是重要的化工原料。回答下列问题：
(1)工业上利用合成气合成甲醇：
已知：①；
②；
③
上述反应中的 。
(2)一定温度下，在恒容密闭容器中充入1mlCO和1mlH2，在固体催化剂作用下合成甲醇：，下列叙述错误的是___________(填字母)。
A．当CO体积分数不变时达到平衡状态
B．平衡后充入少量氩气，平衡不移动
C．平衡后再充入0.1mlCO和0.1mlH2，CO平衡转化率增大
D．增大催化剂质量，正、逆反应速率同倍数增大
(3)甲醇是一种潜在储氢材料。我国学者研究甲醇在钯基催化剂表面上分解制氢：，其反应历程如图a所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”表示)。
该总反应在 下(高温、低温、任意温度)自发进行；图示历程包括 个基元反应；其中决速反应是反应 (填序号)，写出该步反应式： 。
(4)工业上，可以采用CO2催化还原制备CH3OH、CH3CH2OH．发生反应如下：
①(主反应)；
②(主反应)；
③(副反应)。
一定温度下，在甲、乙体积相同的反应容器中分别充入1mlCO2和3mlH2，发生上述反应，其中一个容器使用水分子膜分离技术，另一个容器不使用水分子膜分离技术。实验测得CO2平衡转化率与压强关系如图b所示。其他条件相同，增大压强，CO2平衡转化率增大，其原因是 ；采用水分子膜分离技术的容器是 (填“甲”或“乙”)。
(5)一定温度下，向总压强恒定为100kPa的反应器中充入1mlCO2和3mlH2，发生(4)中反应①②③，达到平衡时CO2转化率为60%，生成CH3CH2OH与CO各为0.1ml，则反应①的平衡常数为 。(写出数字表达式即可，分压=总压×物质的量分数)
16．（2024·安徽合肥·一模）精脱硫技术主要用于煤气中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的转化。回答下列问题：
(1)利用焦炉煤气中的H2可脱除煤气中羰基硫(COS)。羰基硫氢化反应历程有途径I和途径Ⅱ两种可能，如图所示：
①已知羰基硫氢化反应速率较快，推测其更合理的反应历程是途径 (填“I”或“Ⅱ”)。
②反应的△H= kJ·ml-1。
(2)MS2可作羰基硫氢化反应的催化剂，催化机理如图所示：
不同钼(M)含量的MS2催化剂对COS转化率和H2S的选择性不同，实验数据如图所示。
根据图中数据，选择 (填“3.4%M”或“8.7%M”)作催化剂效果最好；当H2S选择性低于100%时表明部分COS气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫现象，若H2S选择性高于100%，可能的原因是 。
(3)金属M的晶胞如图所示，若原子a、b的坐标分别为(0，0，0)、(1，0，0)，则原子c的坐标为 ，设晶体密度为ρg·cm3，则晶胞参数为 pm(阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)一定温度下，向恒容密闭容器中充入物质的量之比为1：4的CS2(g)和H2(g)，发生反应，容器内气体压强随时间变化如下表所示。
①0-250min内，H2分压的平均变化值为 kPa·min-l。
②该温度下，平衡常数Kp= (kPa)-2(列出计算式)。
时间/min
0
50
100
150
200
250
300
压强/kPa
100
88.0
79.8
72.4
68.2
65.0
65.0