热点题型04 化学反应机理探究与分析-2025年高考化学 热点 重点 难点 专练（西北四省专用）

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本热点在高考中主要要求学生认识化学反应的本质是有新物质生成，并伴有能量的变化，能多角度、动态地分析热化学方程式，运用化学原理解决实际问题。反应历程或机理图像一般取材于实际科研成果，充分体现了化学反应的本质，高考常以此为载体考查反应原理、活化能、反应热等知识，是近年高考的命题热点，此类试题难点是需要学生能从陌生图像中提取有效信息进行解题。
考查的核心素养有：①宏观辨识与微观探析：学会分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系；②变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能从多角度、动态地分析热化学方程式。③科学态度与社会责任：赞赏化学对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
预测2025年高考：反应历程是指化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径，因为化学变化从根本上来说，就是旧键的破裂和新键的生成。反应的历程能够反映出物质结构和反应能力之间的关系，从而可以加深我们对于物质运动形态的认识。近年新高考中主要集中考查化学反应中能量变化有关概念的理解及计算，主要涉及能量变化的本质，以图象的形式表示能量变化过程的分析，能量历程转化常以图象形式出现在选择题中。
一、基元反应和过渡态理论
1．基元反应
(1)大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，其中每一步反应都称为基元反应。
(2)基元反应速率方程
对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。
2．反应机理
基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)，基元反应的总和称为总反应。由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。
例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I2I·＋I·(快)
②H2＋2I·===2HI(慢)其中慢反应为整个反应的决速步骤。
3．过渡态理论
(1)化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能的过渡态，处于过渡态的分子叫做活化络合物。活化络合物是一种高能量的不稳定的反应物原子组合体，它能较快地分解为新的能量较低的较稳定的生成物。
(2)活化能(Ea)是处在过渡态的活化络合物分子平均能量与反应物分子平均能量的差值。
4．催化剂与反应历程
(1)催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大化学反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，反应速率较大；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea1')较大，反应速率较小。
使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH不变。
(2)加入催化剂后的反应历程
如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行：
①A+K→AK 活化能为Ea1（慢反应）
②AK+B→AB+K 活化能为Ea2(快反应)
总反应：A+Beq \(――→,\s\up7(K))AB 活化能为Ea1
加入催化剂K后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。
由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”，第1步反应越快，则整体反应速率就越快。因此对总反应来说，第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
常见图像的解读
二、能垒图像的分析与应用
在化学反应过程中，反应前后能量会发生变化。能垒指的是由于化学反应的成功发生对于反应物到达能量高的过渡态的过程的依赖性而产生的一个“阻碍”，只有一部分有足够能量的分子才能跨越能垒进行反应，每一个小的分步反应的从较低能量到过渡态所吸收的能量，可以理解成ΔH-t图中“爬坡”的阶段，这些阶段的吸收的能量都是能垒。
1．催化剂与化学反应
(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；E1－E2为此反应的焓变(ΔH)。
(2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为多个，如模拟演练题1中图像所表示的)，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。
(3)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小
2．能垒与决速步骤
能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成为慢反应。
例如图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤。
注意：
①能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。
②用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。
③相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。
三、循环转化机理图像的分析与应用
1．“环式”反应过程
“入环”的物质为反应物，如图中的 = 1 \* GB3 ① = 4 \* GB3 ④；位于“环上”的物质为催化剂或中间体，如图中的 = 5 \* GB3 ⑤ = 6 \* GB3 ⑥ = 7 \* GB3 ⑦ = 8 \* GB3 ⑧；“出环”的物质为生成物，如图中的 = 2 \* GB3 ② = 3 \* GB3 ③；由反应物和生成物可快速得出总反应方程式。
2．催化剂与中间产物
1,2-丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理
催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。
中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续有消耗多少。
在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的物质，(产物一般多是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质)与之同时反应的就是催化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则是这个循环中的任何一个环节。如下图中，MO3则是该反应的催化剂，图中剩余的三个物质均为中间产物。
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考向01 化学反应机理过渡态图像的分析与应用
1．（2025·陕西省·适应性）1，3-丁二烯与HBr加成的能量—反应进程如图所示。已知0℃、短时间t min内，a ml的1，3-丁二烯与HBr完全反应得到3-溴-1-丁烯和1-溴-2-丁烯的物质的量之比为7：3。下列说法正确的是
A．1-溴-2-丁烯分子中σ键和π键的个数比为5：1
B．1，3-丁二烯与HBr反应生成3-溴-1-丁烯的反应热为
C．与烯烃结合的第一步为决速步骤，进攻时活化能小的方向得到3-溴-1-丁烯
D．t min内生成1-溴-2-丁烯的平均速率为
2．（2025·陕西省商洛市·联考）已知：，该反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法正确的是
A．反应①为吸热反应，反应②为放热反应，总反应为放热反应
B．HI是该反应催化剂，使用催化剂可提高活化分子的百分数
C．整个反应过程共有2个基元反应，决定速率的为第①步反应
D． ΔH=-218kJ/ml
3．（2025·陕西省·适应性）甲烷和二氧化氮的反应在大气污染和温室效应控制中起着重要作用。向某恒温恒容密闭容器中按一定比例投入和，在的催化作用下发生反应，反应过程及能量变化如图所示。下列说法正确的是
A．由图可知，该反应的，基元反应ⅰ和反应ⅱ，都是
B．该反应的总方程式为：
C．其他条件不变，仅将恒温密闭容器改为绝热密闭容器，和的转化率减小
D．该反应过程中，既有非极性键的断裂和生成，又有极性键的断裂和生成
4．（2024·陕西省延安市·一模）在某温度和催化剂作用下，和同时发生如下反应：
反应1(主反应)：
反应2(副反应)：
且主反应的速率大于副反应，则下列反应过程中的能量变化示意图正确的是
A．B．C．D．
5．（2025·山西省部分学校·月考）研究表明I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂： △H＜0；该过程一般通过如下步骤来实现：
① △H＞0 (慢反应)
② △H＜0 (快反应)
下列可以体现上述反应过程中能量变化的是
A．AB．BC．CD．D
6．（2024·山西省晋城市·月考）已知：与反应生成在不同条件下反应进程的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A．升高温度，该反应的平衡常数增大
B．该反应低温能自发进行
C．过程b使用了催化剂，使反应的减小
D．恒温恒容条件下通入氦气，使单位体积内的活化分子数增大
7．（2025·山西省部分学校·开学考）科学研究表明和NO反应生成和的能量变化如图所示。
下列说法错误的是
A．该反应为放热反应
B．反应过程中每生成1ml，转移4ml电子
C．反应过程中每生成2ml释放278kJ热量
D．1ml和1mlNO(g)的总能量比1ml和1ml的总能量高
8．（2024·山西省运城市·联考）尿素是第一种人工合成的有机物。以NH3、CO2为原料合成尿素反应过程中能量变化如图所示，下列说法正确的是
A．总反应的
B．第二步反应是合成尿素的决速步骤
C．该反应过程中N的化合价发生了变化
D．升高温度，第二步反应速率和限度均增加，有利于提高尿素的平衡产率
考向02 化学反应机理能垒图像的分析与应用
1．（2025·山西省部分学校·月考）在催化作用下，汽车废气中的与反应转化为和，反应历程和相对能量变化关系如下图所示(逸出后物质状态不发生变化，图中略去)。下列说法错误的是
A．是反应的中间体B．该历程中存在非极性键的断裂与形成
C．催化剂先吸附，后吸附D．反应过程中最大能垒(活化能)为
2．（2025·山西省晋中市·月考）不同含金化合物催化乙烯加氢的反应历程如下图所示。下列说法不正确的是
A．与含有的能量之和大于的能量
B．过渡态物质的稳定性：过渡态过渡态2
C．催化剂AuF下反应的焓变
D．催化剂AuF下和催化剂下反应的反应热相等
3．（2025·山西省大同市·调研）氢能是一种重要的清洁能源，由HCOOH可以制得H2。在催化剂作用下，HCOOH催化释放氢的反应机理和相对能量的变化情况分别如图1和图2所示。下列叙述错误的是
A．HCOOH催化释放氢的过程中有极性键的断裂和非极性键的形成
B．HCOOD催化释放氢反应除生成CO2外，还生成HD
C．在催化剂表面解离C—H键比解离O—H键难
D．HCOOH催化释放氢的热化学方程式为：
4．（2025·山西省太原市·月考）下图是计算机模拟的在催化剂表面上发生水煤气变化的反应历程。吸附在催化剂表面的物种用“*”标注。下列说法正确的是
A．①表示CO和H2O从催化剂表面脱离的过程
B．②和④中化学键变化相同，因此ΔH相同
C．由图可知CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)为吸热反应
D．相同条件下，反应速率④>②
5．（2025·陕西省渭南市·质检）我国科研人员提出了由和转化为高附加值产品的催化反应历程如图所示。已知：、的燃烧热()分别为、。下列叙述错误的是
A．上述反应的原子利用率为
B．①转化为②过程中放出能量
C．该反应中断裂和形成了极性键
D．
6．（2025·陕西省榆林市·月考）HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量的关系如图所示，下列说法正确的是
A．Ⅰ→Ⅱ过程中吸收的热量大于放出的热量
B．在Pd催化剂表面离解O—H键比C—H键的活化能低
C．在历程Ⅰ~Ⅴ中，均为放热过程
D．用HCOOD代替HCOOH，得到的产物为HD和
7．（2025·陕西省安康市·摸底）在催化剂 Pd/MgO(100)表面的催化反应部分历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”表示，TS表示过渡态)。
下列说法正确的是
A．催化剂的使用降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分数
B．催化剂的使用可以改变反应的选择性，提高反应的平衡转化率
C．该过程决速步骤的反应方程式为
D．CH₃OH(g)在催化剂 Pd/MgO(100)表面断裂O—H键比断裂C—H键更容易
8．（2025·陕西省渭南高级中学·联考）我国科学家已经成功催化氢化获得甲酸，利用化合物1催化氢化的反应过程如图甲所示，其中化合物2与水反应生成化合物3与过程中的能量变化如图乙所示(TS表示过渡态，I表示中间体)，下列说法错误的是
A．化合物1为该反应的催化剂，可加快的转化速率
B．图乙中形成中间体I2的反应为图甲中“化合物2＋→化合物3＋”的决速步骤
C．化合物1→化合物2的过程中存在碳氧键的断裂和碳氢键的形成
D．从平衡移动的角度看，升高温度可促进化合物2与水反应生成化合物3与
考向03 化学反应机理循环转化机理图像的分析与应用
1．（2025·陕西省榆林市·一模）用钌基催化剂催化和的反应过程如图所示。
当反应生成液态时放出的热量。下列说法正确的是
A．该反应的热化学方程式为
B．图示中物质Ⅱ为该反应的催化剂，物质Ⅲ为中间产物
C．使用催化剂可以降低反应的活化能，同时可以改变反应的焓变
D．反应历程中既有非极性键的断裂又有非极性键的形成
2．（2024·山西省平遥县·预测押题）科学家研究发现铁的配合物在常温下可以催化甲酸的还原反应，其反应机理如图所示。下列说法不正确的是
A．该反应的总化学方程式为
B．1，2，3三种物质中的配位数相同
C．反应中存在非极性键的断裂和形成
D．可以用新制的悬浊液鉴别和
3．（2024·山西省部分学校·联考）和为环境污染物，可在表面转化为无害气体，反应机理如图所示。下列说法正确的是

A．是该反应的催化剂
B．可使该反应的焓变减小
C．总反应方程式为
D．反应过程中元素的化合价不发生变化
4．（2024·山西省平遥县·联考）为早日实现“碳中和碳达峰”目标，科学家提出用钌(Ru)基催化剂催化和反应生成HCOOH．反应机理如图所示，已知当生成46g液态HCOOH时放出31.2kJ的热量。下列说法正确的是
A．反应历程中存在极性键、非极性键的断裂与形成
B．物质Ⅰ为该反应的催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间产物
C．催化剂能降低活化能，加快反应速率，改变反应热，从而提高转化率
D．通过和反应制备液态HCOOH，每转移1ml，放出31.2kJ的热量
5．（2024·黑龙江省齐齐哈尔市·一模）教授研究了铑配合物催化醛酮氢化反应，提出的反应机理如图所示，1、2、3、4四种反应的反应热分别为，下列说法错误的是
A．在氢化反应中作催化剂
B．该机理的总反应的反应热
C．若步骤②为决速步骤，则其活化能最大
D．与发生上述反应可生成
6．（2024·陕西省安康市·三模）氨硼烷因具有较高的含氢量成为受人关注的潜在储氢材料之一。铱螯合复合物催化氨硼烷脱氢反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示[已知表示]。下列说法错误的是
A．该总反应的
B．化合物Ⅰ能降低该反应的活化能
C．反应过程中的成键数目发生改变
D．该反应决速步的活化能为
7．（2024·东北三省三校·联考）Aun纳米团簇能催化水煤气变换反应，其微观反应机理如图1所示，反应过程中相对能量的变化如图2所示。已知图2中TS表示过渡态，FS表示稳定的共吸附。下列说法错误的是
A．水煤气变换反应为H2O + COCO2 + H2B．稳定性：FSe2大于FSe1
C．水煤气变换反应的H