02 循环转化机理图像的分析与应用（附答案解析）-备战2023年高考化学大二轮专题突破系列（全国通用）

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循环转化机理图像的分析与应用
【研析真题•明方向】
1．(2022·山东卷)在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．含N分子参与的反应一定有电子转移 B．由NO生成HONO的反应历程有2种
C．增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变 D．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少
2．(2022·浙江1月)某课题组设计一种固定CO2的方法。下列说法不正确的是(　　)

A．反应原料中的原子100%转化为产物 B．该过程在化合物X和I－催化下完成
C．该过程仅涉及加成反应 D．若原料用，则产物为
3．(2020·全国甲卷)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．CH3COI是反应中间体
B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO===CH3CO2H
C．反应过程中Rh的成键数目保持不变
D．存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O
【方法与技巧•思维建模】
1．循环转化机理图像的解读
图像
解读

对于“环式”反应过程图像，位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧，“入环”的物质为反应物，如①和④，“出环”的物质为生成物，如②和③
2．循环转化机理题的解题思路
(1)通览全图，找准一“剂”三“物”
一“剂”指催化剂
催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应物、生成物、中间物种(或中间体)
反应物
通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物
生成物
通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是产物
中间体
通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间体，通过二个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[　]”标出
(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
【题型突破•查漏缺】
1．据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．OH－参与了该催化循环 B．该反应可产生清洁燃料H2
C．该反应可消耗温室气体CO2 D．该催化循环中Fe的成键数目发生变化
2．制备苯甲酸甲酯的一种反应机理如图(其中Ph—代表苯基)。下列说法不正确的是(　　)

A．可以用苯甲醛和甲醇为原料制备苯甲酸甲酯 B．反应过程涉及氧化反应
C．化合物3和4互为同分异构体 D．化合物1直接催化反应的进行
3．利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除废气中的NO和NO2，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．过程①～④均为氧化还原反应
B．上述历程的总反应为2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O
C．NH中含有的四个N—H键不完全相同
D．过程④中，生成11.2 L N2时转移的电子数为1.5NA
4．硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H和CO2，再经下列历程实现NO的催化还原，进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是(　　)

A．Fe3O4参与了该循环历程 B．HCOOH分解时，碳氢键和氧氢键发生了断裂
C．H2在反应历程中生成的H＋起到调节体系pH的作用 D．在整个历程中，1 mol H2可还原1 mol NO
5．五氧化二钒是二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫的催化剂，反应过程如图所示，有关说法错误的是(　　)

A．催化剂参加化学反应改变反应历程，从而改变反应速率
B．V2O5·SO2与V2O4·SO3中钒的价态不相同
C．第Ⅳ步反应方程式为V2O4＋O2＋2SO2===2VOSO4
D．第Ⅴ步反应中SO3是氧化产物
6．Pd­Mg/SiO2催化剂上CO2甲烷化的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．上述CO2甲烷化过程的总反应可表示为CO2＋4H2CH4＋2H2O
B．题图中碳元素为＋2价的中间体只有MgOCO
C．Pd­Mg/SiO2催化剂增大了CO2甲烷化速率，提高了H2的平衡转化率
D．经过一个甲烷化循环后的MgO再次与CO2结合形成碳酸盐，开始一个新的甲烷化循环过程
7．在二氧化碳合成甲醇的研究中，催化剂是研究的关键。目前国内外研究主要集中于铜基催化剂，有学者提出了以下CO2的转化过程如图。下列说法错误的是(　　)

A．铜元素位于周期表中的ds区 B．步骤④中有化学键的断裂和形成
C．甲酸乙酯是该过程的催化剂 D．反应过程中，催化剂参与反应，改变了反应历程
8．某种含二价铜微粒[CuⅡ(OH)(NH3)]＋的催化剂可用于汽车尾气脱硝，催化机理如图1，反应历程中不同态物质体系所含的能量如图2。下列说法不正确的是(　　)

A．总反应的焓变ΔH＜0
B．状态②到状态③发生的是氧化还原反应
C．状态③到状态④的变化过程中有O—H键的形成
D．总反应的化学方程式为8NH3＋2NO＋5O2===12H2O＋5N2
9．甲烷单加氧酶(s—mmo)含有双核铁活性中心，是O氧化甲烷生成甲醇的催化剂，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2
B．步骤③有非极性键的断裂和极性键的形成
C．每一步都存在Fe和O元素之间的电子转移
D．图中总过程可表示为：CH4＋O2＋2H+＋2e－ CH3OH＋H2O
【题型特训•练高分】
1．“一锅法”用三氯化钌(RuCl3)催化硝基苯(PhNO2，Ph—表示苯基)与醇(RCH2OH)反应生成仲胺(RCH2NHPh)的反应过程如图所示，[Ru]表示催化剂。 下列叙述错误的是(　　)

A．RCHO是中间体，不是产物 B．存在反应PhNH2＋RCHORCH===NPh＋H2O
C．还原反应的氢均来自RCH2OH D．反应过程中Ru的成键数目有变化
2．化钯可以催化乙烯制备乙醛(Wacker法)，反应过程如图，下列叙述错误的是(　　)

A．CuCl被氧化的反应为2CuCl＋2HCl＋O2===2CuCl2＋H2O
B．催化剂PdCl2再生的反应为2CuCl2＋Pd===PdCl2＋2CuCl
C．制备乙醛的总反应为CH2===CH2＋O2CH3CHO
D．如果原料为丙烯，则主要产物是丙醛
3．我国科研人员研究了在CuZnOZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理，其主反应历程如图所示(H2*H＋*H)。下列说法错误的是(　　)

A．二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率小于100% B．带*标记的物质是该反应历程中的中间产物
C．CuZnOZrO2可提高甲醇的产率 D．第④步的反应式为*HO＋*HH2O
4．我国科研人员用Au/ZrO2作催化剂，将HCOOH分解制取氢气，其原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A．(CH3CH2)3N参与了HCOOH分解制氢循环
B．反应2中生成物M的化学式为CO2
C．在反应1、反应2和反应3中氢元素的化合价都发生了变化
D．该过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑
5．磺酸树脂催化下的烯烃二羟化反应历程的示意图如下，下列说法不正确的是(　　)
(R1、R2、R3、R4均表示烃基或H原子)
A．过程①中，H2O2作氧化剂 B．过程②中，有碳碳键、碳氢键断裂
C．过程③中反应的原子利用率为100% D．在反应历程中，有水参与反应
6．硼氢化钠(NaBH4)在催化剂Ru的表面与水反应可生成H2，其反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．过程②每生成1 mol H2，转移1mol电子
B．中间体H2B(OH)、HB(OH)2中B原子杂化方式均为sp2
C．催化剂Ru降低了反应的焓变
D．过程④的方程式为：HB(OH)2＋H2OH3BO3＋H2↑
7．Kumada偶联反应可以实现卤代烃之间的交叉偶联，反应过程如下图所示，则下列说法错误的是(　　)

A．交叉偶联反应方程式可表示为R′—X＋R—MgXR—R′＋MgX2
B．反应过程中Ni的成键数目保持不变
C．NiL2是反应生成R—R′的催化剂
D．上述过程中RMgX参与的反应是取代反应
8．保护环境，绿色发展，习主席代表我国承诺2060年前实现碳中和。科学家利用镍(Ni)及其他过渡金属配合物催化CO2和CH2===CH2氧化偶联合成丙烯酸，减少了CO2的排放，催化机理如图。下列说法错误的是(　　)

A．丙烯酸易溶于水且能使溴水及高锰酸钾溶液褪色
B．催化循环过程中包含加成反应
C．该催化剂改变了反应的活化能，降低了焓变
D．总反应可表示为CH2===CH2＋CO2CH2===CHCOOH
9．碳酸二甲酯()是一种低毒、环保、性能优异、具有优良发展前景的“绿色”化工产品。纳米CeO2催化CO2和CH3OH合成碳酸二甲酯的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．CeO2可有效提高CH3OH的平衡转化率 B．反应①中有O—H键的断裂
C．反应②可以看作是取代反应 D．上述转化过程中，中间产物有4种
10．利用有机分子模拟生物体内“醛缩酶”催化Diels-Alder反应取得重要进展，荣获2021年诺贝尔化学奖。某Diels-Alder反应催化机理如下，下列说法错误的是(　　)

A．总反应为加成反应 B．Ⅰ和Ⅴ互为同系物
C．Ⅵ是反应的催化剂 D．化合物X为H2O
11．据文献报道，金红石Ti3＋L3表面催化氮气固定机理如图所示，下列叙述错误的是(　　)

A．催化剂可以提高固氮速率的原因是改变该反应的ΔH
B．该催化固氮总反应为3H2＋N22NH3
C．是反应中间体
D．整个催化过程中存在N—Ti键的断裂和生成
12．我国科研工作者研发的一种在较低温度下有机物DMO转化为EG的反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Cu纳米颗粒是一种胶体，能降低氢气解离的活化能
B．反应过程中断裂的化学键有H—H、C===O、C—O键
C．EG与甘油含有相同官能团但不属于同系物
D．可用金属钠区别EG与DMO
13．据预测，到2040年我国煤炭消费仍将占能源结构的三分之一左右。H2S在催化活性碳(AC)表面的迁移，对煤的清洁和综合应用起了很大的促进作用，其机理如图所示，其中ad表示物种的吸附状态。下列有关叙述错误的是(　　)

A．图中阴影部分表示H2S分子的吸附与离解
B．AC表面作用的温度不同，H2S的去除率不同
C．H2S在AC表面作用生成的产物有H2O、H2、S、SO2、CS2等
D．图中反应过程中只有H—S键的断裂，没有H—S键的形成
14．在CF3COOH水溶液中将甲烷直接转化为CH3OH的反应机理如图，下列说法正确的是(　　)

A．所含部分元素第一电离能：C