新高考化学二轮复习培优训练压轴题03 化学反应机理、历程、能垒图分析（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考化学二轮复习培优训练压轴题03 化学反应机理、历程、能垒图分析（2份，原卷版+解析版），共47页。试卷主要包含了反应机理，反应历程与能量变化分析，催化反应机理分析等内容，欢迎下载使用。
一、反应机理
1.反应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。
二、反应历程与能量变化分析
1.反应过程中的能量变化
(1)活化能是从低能态“爬坡”到高能态的能垒，活化能最大的步骤，决定了整个反应过程的反应速率。
(2)反应热与活化能的关系：ΔH=E1(正反应的活化能)-E2(逆反应的活化能)。
(3)分析变化过程中所经由的全部基元反应，包括过渡态的生成，键的断裂和形成等。
(4)催化剂只改变活化能，不改变焓变，即只影响化学反应速率，不影响平衡。
2．基元反应与非基元反应
例如：H＋＋OH－ = H2O，反应几乎没有过程，瞬间平衡一步到位，称为简单反应；而2HI=H2＋I2的实际机理是分两步进行的，每一步都是一个基元反应：2HI→H2＋2I·、2I·→I2，存在未成对电子的微粒称为自由基，反应活性高， 寿命短，2HI=H2 ＋ I2称为非基元反应。
3．过渡态
A＋B—C→[A…B…C]―→A—B＋C
【特别提醒】(1)以上为一种基元反应，其中正反应活化能Ea正＝b－a，逆反应活化能Ea逆＝b－c， ΔH＝Ea正－Ea逆。(2)过渡态(A…B…C)不稳定。
4．中间体
【特别提醒】处于能量最高点的是反应的过渡态，在多步反应中两个过渡态之间的是中间体，中间体很活泼，寿命很短，但是会比过渡态更稳定些。
三、催化反应机理分析
1.催化反应机理图的分析思路
（1）通览全图，找准一“剂”三“物”
（2）逐项分析得答案
根据第一步由题给情境信息，找出催化剂、反应物、生成物、中间体，再结合每一选项设计的问题逐项分析判断，选出正确答案。
2．催化机理能垒图
(1)在催化机理能垒图中，有几个活化状态，就有几个基元反应。可以用图中每步基元反应前后的活性物质，写出其热化学方程式。注意：如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV)，焓变应转化成每摩尔。
(2)每步基元反应的快慢取决于其能垒的大小，能垒越大，反应速率越慢。
例如：在Rh催化下，甲酸分解制H2反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面，该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为HCOOH*===HCOO*＋H*；甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－0.16NA eV·ml－1(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
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：在连续反应中为某一步的产物，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又消耗多少。
在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为
H2O2＋I－→H2O＋IO－ 慢
H2O2＋IO－→O2＋I－＋H2O 快
在该反应中I－为催化剂，IO－为中间产物。
而在机理图中，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。如下图所示：
题型01 能垒变化图像
1.（广东省肇庆市2025届高三一模）是汽车尾气净化催化剂的关键成分，其高效的储放氧性能在的氧化还原催化循环中发挥了巨大作用。研究发现，先在催化剂表面形成强吸附性的二聚体，再与在表面反应生成和，该过程的能量变化曲线如图所示(吸附在表面的物种用*标注)。下列说法不正确的是
说明：“-----”表示化学键将要断裂或形成。
A．该反应属于放热反应
B．该过程中的最大活化能为
C．该过程中伴随极性键和非极性键的断裂和形成
D．若改用其他催化剂，其反应的不变
2.(2024·甘肃卷)甲烷在某含M催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是( )
A．E2=1.41eVB．步骤2逆向反应的ΔH=+0.29eV
C．步骤1的反应比步骤2快D．该过程实现了甲烷的氧化
题型02 “环式”反应历程图像
3．（江西省九江市2024-2025学年高三下学期第一次模拟）实验室以苯甲醛为原料合成苯甲酸苯甲酯的反应机理如图(已知极易结合转化为ROH)。下列说法正确的是
A．P为该反应的催化剂
B．亲水性：
C．Z中只含一个手性碳原子
D．若原料苯甲醛部分氧化生成苯甲酸，会减慢该历程反应速率
4.（2024届吉林省长春市高三下学期质量监测）1，2-丙二醇()发生某一反应的历程如图所示。下列说法错误的是
A．1，2-丙二醇能发生消去反应
B．1，2-丙二醇核磁共振氢谱有5组峰
C．为该反应的催化剂
D．若原料为乙二醇，则主要有机产物是甲醛、乙醛和乙烯
题型03 能垒与决速步骤及分析
5．（浙江省绍兴市上虞区2023-2024学年高三模拟）我国科技工作者运用DFT计算研究HCOOH在不同催化剂（Pd和Rh）表面分解产生的部分反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。下列说法不正确的是
A．参与反应的反应物总键能小于生成物总键能
B．Pd和Rh分别作催化剂时HCOOH分解产生的不同
C．HCOOH吸附在催化剂表面是一个放热过程
D．是该历程的决速步骤
6.（2024届河北省保定市高三下学期一模）某酮和甲胺的反应机理及能量图像如图所示：
下列说法错误的是
A．该历程中为催化剂，故浓度越大，反应速率越快
B．该历程中发生了加成反应和消去反应
C．反应过程中有极性键的断裂和生成
D．该历程中制约反应速率的反应为反应②
题型04 催化剂与反应历程
7．（2024届山东省烟台市招远市高三下学期三模）我国学者研究反应在固体酸(HB)催化剂表面进行的历程如图所示，其中吸附在HB表面的物种用*标注。下列说法错误的是
A．升高温度，反应的平衡常数K减小
B．过程④的大于过程①的
C．决速步骤的化学方程式为
D．将固体酸(HB)催化剂更换为活性更高的催化剂能有效提高的平衡转化率
8.（安徽省皖南八校2024届高三下学期第三次联考）氢气可将还原为甲烷()：，科学家研究在催化剂表面上与反应的前三步历程如图所示，吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，Ts表示过渡态。下列说法正确的是
A．是极性分子，能溶于水
B．从起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂和形成
C．该转化反应的速率取决于Ts1的能垒
D．使用催化剂可以改变反应历程，使非自发反应变为自发反应
题型05 基元反应
9．（四川省自贡市2024-2025学年高三上学期第一次诊断性考试）碳酸二甲酯是一种低毒、性能优良的有机合成中间体，科学家提出了新的合成方案（吸附在固体催化剂表面上的物种用*标注），反应机理如图所示。
下列说法正确的是
A．反应过程中除固体催化剂外，还使用了做催化剂
B．反应进程中决速步骤的能垒为
C．第3步的基元反应方程式为：
D．升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向逆反应方向移动
10.（广东省江门市新会第一中学2024-2025学年高三模拟）碳酸二甲酯DMC(CH3OCOOCH3)是一种低毒、性能优良的有机合成中间体，科学家提出了新的合成方案(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)，反应机理如图所示。
下列说法错误的是
A．反应进程中决速步骤的能垒为1.257
B．反应过程中有极性键的断裂与生成
C．第2步的基元反应方程式为：
D．升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向逆反应方向移动
题型06 反应机理与历程图像
11.（广东省惠州中学2025届高三大联考）甲酸在一定条件下可分解为和，在无、有催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示。下列说法正确的是
A．该反应的活化能为甲酸分子的键能之和
B．其他条件不变，按途径Ⅰ进行的反应热效应更大
C．中键能之和比中键能之和大
D．途径Ⅱ的决速步骤为放热过程
12.（2024·安徽卷）某温度下，在密闭容器中充入一定量的，发生下列反应：，，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是
B．
C.D．
1．（广东省江门市2025届高三下学期一模）丙烯与HCl一定条件下反应生成和的历程如图所示。下列说法错误的是
A．丙烯与的反应的主要产物是
B．合成的反应中，第一步为反应的决速步
C．生成的焓变大于生成的焓变
D．其他条件不变，反应相同时间，适当升高温度可提高加成产物中比例
2．（重庆市第八中学校2024-2025学年高三上学期期末）甲醇(CH3OH)与CO催化制备乙酸(CH3COOH)的反应历程及每分子甲醇转化为乙酸的能量变化关系如图。下列说法正确的是
A．该过程不涉及非极性键的形成
B．该反应中，H2O为催化剂，HI为中间产物
C．反应iii为该历程的决速步骤
D．总反应的热化学方程式为
3．（江西省新八校联考2024-2025学年高三上学期期末）CO2在温和条件下转化为甲醇的一种反应历程如下图，In2O3为该反应的催化剂。下列说法正确的是
A．该历程中存在着极性键与非极性键的断裂与形成
B．碳原子的杂化方式未发生改变
C．In2O3降低了该反应的∆H
D．若参与反应的二氧化碳分子为C18O2，则生成物甲醇的化学式为CH318OH
4．（河南省郑州中学2024-2025学年高三上学期模拟）甲醛(HCHO)氧化历程如图所示(各物质均为气态，部分物种未标出)。下列叙述错误的是
A．总反应中有4个基元反应B．过渡态TS2的能垒最大
C．加入催化剂主要作用是降低TS3能垒D．总反应的
5．（浙江省杭州市2024-2025学年高三上学期一模）有机物I生成酰胺的反应历程如图所示：
已知：R、R′代表烷基。下列说法不正确的是
A．能加快反应速率
B．从图中历程可知，物质Ⅵ比Ⅴ稳定
C．步骤Ⅱ→Ⅲ的历程中，C- R′键比键更容易断裂
D．发生上述反应生成的主要产物是
6．（湖南省长沙市第一中学2025届高三上学期模拟）可活化放出，其反应历程如下图所示：
下列关于活化历程的说法正确的是
A．该反应的决速步是：中间体2→中间体3
B．只涉及极性键的断裂和生成
C．是该反应的催化剂
D．该反应的热化学方程式为：
7．（2024届浙江省五校联盟高三下学期联考三模）一定条件下，CH4与反应生成CH3OH。已知直接参与化学键变化的原子被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢。分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。下列说法不正确的是
A．反应历程中涉及氢原子成键变化的是步骤I
B．与CD4反应的过渡态1能量变化应为图中曲线c
C．若与CHD3反应，生成的氘代甲醇有3种
D．与CH2D2反应，产物的产量
8．（浙江省稽阳联谊学校2024届高三下学期二模）苯和可经两步发生反应①或反应②，其主要反应历程和能量的关系如图所示，下列说法正确的是
A．对比历程图，苯更易发生取代反应，最主要的原因是反应②的速率更快
B．反应过程中碳原子的杂化方式发生了改变
C．加入可以降低反应②的活化能和焓变，提高反应速率
D．经两步发生反应①的总焓变
9．（河北省张家口市尚义第一中学2024-2025学年高三模拟）我国学者采用量子力学法研究了钯基催化剂表面吸附和合成的反应，其中某段反应的相对能量与历程的关系如图所示，图中的为过渡态，吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是
A．该历程的最大能垒为
B．历程中决速步骤的反应为：
C．钯基催化剂可使反应的减小
D．该历程中有极性键、非极性键的断裂与形成
10．（江苏省南京市江宁区等5地2023-2024学年高三模拟）电喷雾电离等方法得到的(、、等)与反应可得。与反应能高选择性的生成甲醇。分别与、反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以示例)。已知：直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢。下列说法错误的是
A．步骤I和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是I
B．与反应的能量变化应为图中曲线c
C．若与反应，氘代甲醇的产量
D．若与反应，生成的氘代甲醇有2种
11．（2025届河北省“五个一”名校联盟高三上学期第一次联考）在催化剂M和N表面发生甲烷化反应的历程如图所示。已知*代表催化剂，代表吸附在催化剂表面，下列说法错误的是
A．吸附在催化剂表面时放出热量
B．比*COOH稳定
C．使用催化剂N时，*CO→*CHO是反应的决速步骤
D．反应过程中，存在极性键的断裂和生成
12．（2024届河南省信阳市高三下学期模拟）有机氟化学在材料科学、催化化学以及生物化学等领域引起了越来越多的重视。一种以Ni的配合物Ni（IMes）L催化氟苯的碳—氟键芳基化反应制备的机理如图所示。下列说法正确的是
A．该总反应原子利用率为100%
B．该历程涉及C-H键的断裂和形成
C．该反应过程中涉及四种中间产物
D．中苯环上的一氯代物7种
13．（湖南省湘东十校2024-2025学年高三上学期联考）钒系催化剂催化脱硝部分机理如图所示。有关该过程的叙述错误的是
A．反应过程中既有极性键又有非极性键的断裂和形成
B．反应过程中被氧化
C．脱硝反应为
D．是反应中间体
14．（黑龙江省齐齐哈尔市2025届高三下学期一模）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．只有在循环中起催化作用
B．该反应可用于制取合成气、
C．过程包含反应
D．反应过程中金属元素的价态发生改变
15．（浙江省名校新高考研究联盟2025届高三上学期第一次联考）丙烯和溴化氢在通常情况下发生加成反应主要得到溴丙烷，其机理如下：
下列说法不正确的是
A．上述反应中，第一步为反应的决速步骤
B．碳正离子中间体的稳定性：
C．丙烯与卤化氢加成时，的反应速率最大
D．与加成的主要产物为
16．（2024届新高考教学教研联盟高三下学期第一次联考）由叠氮有机物和炔烃合成杂环化合物是“点击化学”的核心反应，在生物化学、超分子化学和材料化学研究领域得到了广泛的应用。使用一价铜作催化剂，基于同位素交叉等实验，Fkin等于提出了双铜协同催化的机理如图所示。下列说法不正确的是
A．Cu位于元素周期表中的ds区，价层电子排布式为
B．过程④中N原子存在杂化方式的变化
C．一价催化剂能有效降低总反应的焓变，加快反应速率
D．该过程的总反应属于加成反应，可表示为
17．（湖北省黄冈中学2024届高三下学期第二次模拟）消除天然气中是能源领域的热点，利用表面吸附时，研究表明有两种机理途径，如图所示。
下列说法错误的是
A．途径1历程中最大能垒为
B．使用催化剂该吸附过程释放能量减少
C．的速率：途径1