01 能垒图像的分析与应用-备战高考化学大二轮专题突破系列（全国通用）

这是一份01 能垒图像的分析与应用-备战高考化学大二轮专题突破系列（全国通用），共12页。试卷主要包含了碳单质在生产生活中用途广泛，工业上利用炭和水蒸气反应等内容，欢迎下载使用。
能垒图像的分析与应用

1．(2022·湖南卷)(多选)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示，下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　)

A．进程Ⅰ是放热反应 B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
2．(2021·湖南卷)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．该过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑ B．H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低
C．该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化 D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定
【方法与技巧•思维建模】
三步突破能量变化能垒图
第1步
通览全图，理清坐标的含义。能量变化的能垒图的横坐标一般表示反应的历程，横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段。纵坐标表示能量的变化，不同阶段的最大能垒即该反应的活化能
第2步
细看变化，分析各段反应。仔细观察曲线(直线)的变化趋势，分析每一阶段发生的反应是什么，各段反应是放热还是吸热，能量升高的为吸热，能量下降的为放热
第3步
综合分析，做出合理判断。综合整合各项信息，回扣题目要求，做出合理判断。如利用盖斯定律将各步反应相加，即得到完整反应；催化剂只改变反应的活化能，但不改变反应的反应热，也不会改变反应的转化律
【题型突破•查漏缺】
1．文献报道：在45 ℃、0.1 MPa时，科学家以铁粉为催化剂，通过球磨法合成氨。部分反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)，下列说法正确的是(　　)

A．由此历程可知：N*＋3H*===NH*＋2H*　ΔH＞0 B．铁粉改变了合成氨的反应历程和反应热
C．图示过程中有极性共价键的生成 D．用不同催化剂合成氨，反应历程均与上图相同
2．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示，活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法错误的是(　　)

A．氧分子的活化包括O—O键的断裂与C—O键的生成
B．每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量
C．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV
D．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
3．我国科学家以MoS2为催化剂，在不同电解质溶液中实现常温电催化合成氨，其反应历程与相对能量模拟计算结果如图。下列说法错误的是(　　)

A．Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化
B．两种电解质溶液环境下从N2→NH3的焓变不同
C．MoS2(Li2SO4溶液)将反应决速步(*N2→*N2H)的能量降低
D．N2的活化是NN键断裂与N—H键形成的过程
4．研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法不正确的是(　　)

A．该过程中有极性键和非极性键的断裂和生成 B．反应路径2的催化效果更好
C．催化剂不会改变整个反应的ΔH D．反应路径1中最大能垒(活化能)E正＝1.77 eV
5．碳单质在生产生活中用途广泛。炭黑可以活化氧分子得到活化氧(O*)，活化氧可以快速氧化SO2，从而消除雾霾。其活化过程中的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．活性炭可去除水中的悬浮杂质 B．生成活化氧的ΔH>0
C．活化过程中有水时的活化能降低了 D．氧化SO2的过程中，炭黑起催化作用
6．Shyam Kattle等结合实验与计算机模拟结果，研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程，前三步历程如图所示，吸附在Pt/SiO2催化剂表面上的物质用标注，Ts表示过渡态。下列有关说法正确的是(　　)

A．物质被吸附在催化剂表面形成过渡态过程是放热的
B．形成过渡态Ts1的活化能为1.05 eV
C．前三步的总能量变化为ΔH＝2.05 eV
D．反应历程中能量变化最大的反应方程式为HOCO＋H2(g)===CO＋OH＋H2(g)
7．科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。下列说法错误的是(　　)

A．②中包含C—H键的断裂过程
B．该历程中能垒(反应活化能)最小的是③
C．该历程中制约反应速率的方程式为CH3O*＋3H*CO*＋4H*
D．由此历程可知：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH>0
8．工业上利用炭和水蒸气反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH1；CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2。生成的H2为合成氨原料。在饱和食盐水中先通NH3，后通CO2，由于HCO能形成多聚体，所以容易析出NaHCO3，过滤后热分解得纯碱。反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2，在催化剂表面CO、H2O的反应历程如图所示。其中吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，1 eV＝1.6×10－19 J。下列说法正确的是(　　)

A．ΔH2＞0
B．反应H2O·===OH·＋H·能量变化为1.57 eV
C．正反应历程中的最大活化能为2.24 eV
D．反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1
9．科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨的反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是(　　)

A．由图可以判断合成氨反应属于放热反应
B．氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快
C．整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*＋3H22N*＋6H*
D．从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率
10．我国学者研究反应C6H6(g)＋CH3OH(g)===C7H8(g)＋H2O(g)在固体酸催化剂HB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。下列说法正确的是(　　)

A．总反应的ΔH＝＋61.4 kJ·mol－1
B．反应①的ΔH大于反应④的ΔH
C．反应历程中能量变化最大的步骤为反应⑤
D．决速步骤的化学方程式为HB＋CH3OH*===CH3B＋H2O*
11．研究发现，一定条件下，Pt单原子催化反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”表示，“TS”表示过渡态。下列说法错误的是(　　)

A.六个过渡态中对反应速率影响最大的是TS3
B．经历TS1，CO2共价键发生断裂，且生成羧基
C．要提高该反应的选择性，可以选择合适的催化剂
D．升高温度，正反应速率的增大程度小于逆反应速率的增大程度
【题型特训•练高分】
1．我国科学家实现了在铜催化条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．由图可以判断DMF转化为三甲胺的反应属于吸热反应
B．N(CH3)3＋OH*＋H*===N(CH3)3(g)＋H2O(g)是该反应历程的决速步骤
C．使用铜作催化剂可以降低反应的活化能，从而改变反应的焓变
D．该历程中最大能垒(活化能)E正＝0.93 eV
2．一氧化碳甲烷化反应为：CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)。下图是使用某种催化剂时转化过程中的能量变化(部分物质省略)。下列说法不正确的是(　　)

A．步骤①只有非极性键断裂 B．步骤②的原子利用率为100%
C．过渡态Ⅱ能量最高，因此其对应的步骤③反应速率最慢
D．该方法可以清除剧毒气体CO，从而保护环境
3．我国科研人员在银催化简单烷烃的区域选择性方面的研究取得了重大突破。图为一种烷烃C—H键的选择性插入反应进程。下列说法错误的是(　　)

A．升高温度三个反应的速率均加快
B．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质中，最稳定的是Ⅰ
C．总反应速率取决于由中间体1生成中间体2的一步
D．催化剂对化学反应具有选择性，生成不同产物的同时改变了反应的焓变
4．Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如图所示，下列关于活化历程的说法错误的是(　　)

A．决速步骤：中间体2→中间体3 B．总反应为Ni＋C2H6NiCH2＋CH4
C．Ni—H键的形成有利于氢原子的迁移 D．涉及非极性键的断裂和生成
5．热催化合成氨面临的两难问题是：釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti－H－Fe双温区催化剂(Ti－H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti－H－Fe双温区催化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*标注。下列说法正确的是(　　)

A．①为氮氮三键的断裂过程
B．①②③在低温区发生，④⑤在高温区发生
C．使用Ti－H－Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
D．④为N原子由Fe区域向Ti－H区域的传递过程
6．合成氨反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)　ΔH 的反应机理如图所示，图中“吸”表示各气态物质在催化剂表面吸附。下列说法错误的是(　　)

A．该反应的ΔH＝－46 kJ·mol－1
B．该反应机理中最大活化能为79 kJ·mol－1
C．升高温度，该反应过渡态的能量会增大
D．该反应达到平衡后增大压强反应正向进行
7．反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)；ΔH2，在催化剂表面CO、H2O的反应历程如下图所示。其中吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，1 ev＝1.6×10－19 J。下列说法正确的是(　　)

A．ΔH2>0
B．反应H2O·===OH·＋H·能量变化为1.57 ev
C．正反应历程中的最大活化能为2.24 ev
D．反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1
8．研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法不正确的是(　　)

A．CO的催化氧化反应为2CO＋O2===2CO2 B．反应路径1的催化效果更好
C．路径1和路径2第一步能量变化都为3.22 eV D．路径 1 中最大能垒(活化能)E正==1.77 eV
9．乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理如图所示。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。下列有关说法正确的是(　　)

A．吸附反应为吸热反应
B．该正反应历程中最大能垒(活化能)为85 kJ·mol－1
C．Pd为固体催化剂，其表面积大小对催化效果无影响
D．C2H＋H*→C2H只有化学键的形成过程
10．工业上可采用CH3OHCO＋2H2的方法来制取高纯度的CO和H2。我国学者采用量子力学方法，通过计算机模拟，研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程，其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图，下列说法正确的是(　　)

A．CH3OH脱氢反应的第一步历程为CH3OH*===CH3*＋OH*
B．该历程中最大活化能E正=106.7 kJ•mol－1
C．该历程中，放热最多的步骤的化学方程式为CHO*＋4H* ===CO*＋2H2（g）
D．CH3OH* = CO*＋2H2(g) △H＝65.7 kJ•mol－1
11．分子筛催化环己烯()芳构化制苯()的反应历程和过程中能垒图分别见图1和图2。下列说法错误的是(　　)

A．TS1―→Int1的反应为取代反应
B．决定化学反应速率的步骤为Int3TS4
C．环己烯芳构化制苯的化学方程式为＋2H2↑
D．经芳构化反应可能得到、等产物
13．活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．该反应为吸热反应
B．产物的稳定性：P1>P2
C．该历程中最大正反应的活化能E正＝186.19 kJ·mol－1
D．相同条件下，由中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)