2025届高考化学一轮总复习第8章化学反应速率与化学平衡微专题11反应历程机理图示分析课件

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聚焦一　能量变化—反应历程(机理)图像 1．基元反应大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应；先后进行的基元反应反映了反应历程，反应历程又称反应机理。如H2和O2的反应需经历多步基元反应才能完成，主要的4步基元反应如下：H2―→2H·(速率最小，称为决速步)；H·＋O2―→·OH＋O·；O·＋H2―→·OH＋H·；·OH＋H2―→H2O＋H·。
2．过渡态理论过渡态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。AB＋C―→[A…B…C]―→A＋CB反应物 　过渡态 生成物过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越小]。
例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH，反应历程示意图如下：
3．活化能与反应机理使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，增大反应速率，如下图所示： E1为总反应的活化能；E2、E3为使用催化剂后，反应机理中各步的活化能。
4．解答能量变化图像“四关键”(1)明确图像横纵坐标的含义：一般是横轴表示反应过程，纵轴表示能量变化。(2)细致观察各个步骤的变化：起始态、过渡态、最终态等。(3)厘清图像变化与概念间的关系：吸热反应和放热反应、活化能、ΔH、稳定性等的正确判断。(4)结合题意进行决速步骤的判断，ΔH的计算等。
【练真题】1．(2023·新高考广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)⇌P(g)，反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是(　　)A．使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行B．反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大C．使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡D．使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
解析：由历程图可知，使用Ⅰ和Ⅱ，R转化为M经历两步，M转化为P又经历了两步，所以反应历程都分4步进行，A项正确；由历程图可知，该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，R的浓度增大，B项正确；由历程图可知，使用Ⅱ时，第一步反应的活化能在所有反应中最大，反应速率小，反应体系达到平衡慢，C项错误；由历程图可知，使用Ⅰ时，R转化为M速率较大，而M转化为P速率较小，所以反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D项正确。
2．(2023·浙江1月选考)标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。下列说法不正确的是(　　)A．E6－E3＝E5－E2B．可计算Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·ml－1C．相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ>历程ⅠD．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应的热化学方程式为ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5—E4) kJ·ml－1
解析：根据历程Ⅰ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E6－E3) kJ·ml－1，根据历程Ⅱ可知，O3(g)＋O(g)⇌2O2(g)的ΔH＝(E5—E2) kJ·ml－1，故E6－E3＝E5－E2，A项正确；根据历程Ⅰ和历程Ⅱ可知，Cl(g)的相对能量为(E2－E3) kJ·ml－1，由于Cl2(g)的相对能量为0，故Cl2(g)===Cl(g)＋Cl(g)的ΔH＝2(E2－E3) kJ·ml－1，即Cl—Cl 键能为2(E2－E3) kJ·ml－1，B项正确；历程Ⅱ使用了催化剂Cl，催化剂不能使化学平衡发生移动，故O3的平衡转化率：历程Ⅱ＝历程Ⅰ，C项错误；历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最大的一步反应为活化能最小的反应，即ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5－E4) kJ·ml－1，D项正确。
【练模拟】3．(2024·广东高三调研)丙烯与HBr可同时发生如下两个反应：反应Ⅰ：CH3CH===CH2＋HBr⇌CH3CH2CH2Br　ΔH1反应Ⅱ：CH3CH===CH2＋HBr⇌CH3CHBrCH3　ΔH2其反应历程如图所示，下列说法正确的是(　　) A．ΔH2＝Ea－EbB．升高温度，丙烯的平衡转化率增大C．相同条件下，反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ的D．改用更高效的催化剂，Ea、Eb、ΔH2均不变
解析：A．由题图可知，反应Ⅱ为放热反应，ΔH2＝－(Ea－Eb)，故A错误；B．由题图可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，丙烯的平衡转化率减小，故B错误；C．由题图可知，反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ的活化能，反应的活化能越大，反应速率越小，故相同条件下，反应Ⅰ的反应速率小于反应Ⅱ的，故C错误；D．改用更高效的催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，但反应物的总能量、生成物的总能量和反应的焓变不变，故D正确。
4．(2024·湛江第一中学高三开学考试)反应2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－620.9 kJ·ml－1分三步进行，各步的相对能量变化如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示：
下列说法正确的是(　　)A．三步分反应中决定总反应速率的是反应ⅢB．过渡状态a、b、c的稳定性：b>c>aC．反应Ⅰ、Ⅱ两步的总反应为CO(g)＋2NO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)　ΔH＝－314.3 kJ·ml－1D．反应Ⅲ的逆反应活化能为534.9 kJ·ml－1
解析：A．活化能越大，反应速率越小，根据题图可知，反应Ⅰ的活化能最大，因此三步分反应中决定总反应速率的是反应Ⅰ，A错误；B．三个图像的起始相对能量都为0，但起始物质不同，无法判断过渡状态a、b、c的稳定性大小，B错误；C．反应Ⅰ为2NO(g)⇌O—N===N—O　ΔH＝＋199.2 kJ·ml－1，反应Ⅱ为O—N===N—O＋CO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)　ΔH＝－513.5 kJ·ml－1，反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得，CO(g)＋2NO(g)⇌CO2(g)＋N2O(g)　ΔH＝－314.3 kJ·ml－1，C正确；
D．根据总反应2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－620.9 kJ·ml－1和C项分析可得，反应Ⅲ为N2O(g)＋CO(g)⇌CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－306.6 kJ·ml－1，反应Ⅲ的逆反应活化能＝(248.3＋306.6)kJ·ml－1＝ 554.9 kJ·ml－1，D错误。
聚焦二　物质催化循环—反应历程(机理)图像 1．“环式”物质催化循环图示
2．物质类别的判断(1)催化剂的判断：一般地，催化剂在机理图中多是以完整的循环出现的。(2)反应物的判断：通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物。(3)中间体的判断：转化历程中生成，随之又参与下一步反应，一般不脱离整个历程。(4)生成物的判断：通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般是生成物。
【练真题】1．(2023·新高考湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(Ⅱ)催化剂{用[L-Ru—NH3]＋表示}能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如下图所示。
结合题图可知，[L-Ru—NH3]2＋→[L-Ru—NH2]＋失去1个H，所带电荷数减1，则Ru化合价不变，与[L-Ru—NH2]＋相比，M中N含有1个单电子，所以Ru的化合价不是＋3，B项错误；由题图可知，反应过程中有N—N非极性键的形成，C项正确；
【练模拟】2．(2024·汕头模拟)CO2/C2H4耦合反应制备丙烯酸甲酯的机理如下图所示。下列叙述错误的是(　　)A．由步骤①知，加成反应也可生成酯类物质B．反应过程中存在C—H的断裂C．该反应的原子利用率为100%D．若将步骤②中CH3I换为CH3CH2I，则产品将变为丙烯酸乙酯
B．由题图可知，步骤③中生成碳碳双键，存在C—H的断裂，故B正确；C．由分析可知，生成物为丙烯酸甲酯和碘化氢，故该反应的原子利用率不可能为100%，故C错误；D．由分析可知，二氧化碳、乙烯和一碘甲烷在催化剂作用下反应生成丙烯酸甲酯和碘化氢，则二氧化碳、乙烯和碘乙烷在催化剂作用下反应生成丙烯酸乙酯和碘化氢，故D正确。