微專題(二)　能量變化圖像(題型研究課)

微專題(二)能量變化圖像[題型研究課]目錄目錄12高考真題集中研究——明規(guī)律題型考法全面突破——提素養(yǎng)3專題驗收評價高考真題集中研究——明規(guī)律01A．HCN比HNC穩(wěn)定B．該異構(gòu)化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1C．正反應的活化能大于逆反應的活化能D．使用催化劑，可以改變反應的反應熱答案：D

解析：HNC的能量比HCN的高，則穩(wěn)定性較好的是HCN，A項正確；該異構(gòu)化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，為吸熱反應，則正反應的活化能大于逆反應的活化能，B、C項正確；使用催化劑只能改變反應的歷程，但是不影響反應的反應熱，D項錯誤。已知：298K時，相關(guān)物質(zhì)的相對能量如圖。可根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對能量計算反應或變化的ΔH(ΔH隨溫度變化可忽略)。例如：H2O(g)===H2O(l)

ΔH＝－286kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)＝－44kJ·mol－1。請回答：根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對能量計算ΔH3＝______kJ·mol－1。解析：由題給信息可知，ΔH3＝0＋4×(－110kJ·mol－1)－2×(－393kJ·mol－1)－(－84kJ·mol－1)＝430kJ·mol－1。答案：4303．(2023·北京等級考，節(jié)選)二十世紀初，工業(yè)上以CO2和NH3為原料在一定溫度和壓強下合成尿素。反應分兩步：ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。結(jié)合反應過程中能量變化示意圖，下列說法正確的是________(填字母)。a．活化能：反應ⅰ<反應ⅱb．ⅰ為放熱反應，ⅱ為吸熱反應c．CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)ΔH＝E1－E4解析：反應ⅰ的活化能是E1，反應ⅱ的活化能是E3，E1<E3，a項正確；從圖中反應物和生成物能量相對大小可看出反應ⅰ放熱，反應ⅱ吸熱，b項正確；總反應的ΔH＝E1－E2＋E3－E4，c項錯誤。答案：ab[洞悉考情]圖像能形象地表示反應過程中的能量變化歷程，深受高考命題人的喜愛。試題通過能量變化圖像信息，將蓋斯定律、電離和水解、活化能、化學反應速率等知識融合在一起進行考查，對考生的閱讀、識圖、分析歸納能力有較高要求。題型考法全面突破——提素養(yǎng)02從圖中可知，A轉(zhuǎn)化為C和D為吸熱反應，斷裂1molA(g)化學鍵吸收的熱量應大于形成1molC(g)和3molD(g)化學鍵所放出的熱量，C錯誤；從反應過程的圖像中可知，Ea3＜Ea1，活化能越低，反應速率越快，故反應②速率大于反應①，氣體B很難大量積累，D正確。[答案]

D[易錯點撥]分析能量變化圖像的“四點注意”(1)反應熱不能取決于部分反應物能量和部分生成物能量的相對大小。(2)注意活化能在圖示中的意義。從反應物至最高點的能量數(shù)值表示正反應的活化能；從最高點至生成物的能量數(shù)值表示逆反應的活化能。(3)催化劑能加快反應速率的原理是降低了反應的活化能，由此可推知反應的活化能越低，反應速率越快，相對來說反應就越易進行。但催化劑只能影響正、逆反應的活化能，而不影響反應的ΔH。(4)計算反應熱時，要切實注意圖示中反應物和生成物的物質(zhì)的量。[集訓沖關(guān)]1．反應A(g)＋B(g)―→C(g)－Q1(Q1>0)分兩步進行：①A(g)＋B(g)―→X(g)＋Q2(Q2>0)；②X(g)―→C(g)－Q3(Q3>0)。能正確表示總反應過程中能量變化的是(

)答案：A

解析：A(g)＋B(g)―→C(g)－Q1(Q1＞0)說明A和B的總能量小于C的能量，A(g)＋B(g)―→X(g)＋Q2(Q2＞0)說明A和B的總能量大于X的能量，X(g)―→C(g)－Q3(Q3＞0)說明X的能量小于C的能量，因此能量的關(guān)系為C＞A＋B＞X。2．多相催化反應是在催化劑表面通過吸附、解吸過程進行的。我國學者發(fā)現(xiàn)T

℃時(各物質(zhì)均為氣態(tài))，CH3OH與水在銅催化劑上的反應機理和能量變化如圖。下列說法不正確的是(

)A．反應CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)

ΔS>0B．選擇合適的催化劑可降低反應Ⅰ和反應Ⅱ的活化能C．1molCH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量大于1molCO2(g)和3H2(g)的總能量D．反應Ⅱ的熱化學方程式表示為CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g)

ΔH<0答案：C

解析：該反應中消耗2mol氣體產(chǎn)生了4mol氣體，氣體量增加為熵增的反應ΔS>0，A正確；催化劑改變反應歷程從而降低活化能，所以選擇合適的催化劑可降低反應Ⅰ和反應Ⅱ的活化能，B正確；從能量圖看1molCH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量低于1molCO2(g)和3H2(g)的總能量，C錯誤；從催化機理看，CO(g)和H2O為該反應的中間產(chǎn)物。從能量圖看CO(g)和H2O(g)的總能量高于H2(g)和CO2(g)，所以該反應為放熱反應，ΔH<0，D正確。3.氮的氧化物轉(zhuǎn)化是環(huán)境化學熱點問題之一。研究發(fā)現(xiàn)，H2還原NO的反應2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(l)分兩步進行：①2NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O2(l)；②H2O2(l)＋H2(g)===2H2O(l)，其能量變化如圖所示(Ts代表過渡態(tài))。下列敘述正確的是(

)A．②是放熱反應，①是吸熱反應B．H2O2是該反應的催化劑C．反應①的活化能大于反應②D．加入催化劑的目的是降低Ts2的能量答案：C

解析：Ts1與Ts2最終能量都低于起始能量，故兩個過程均為放熱反應，A錯誤；H2O2為第①步反應的產(chǎn)物，作為第②步反應的反應物參與反應，故H2O2不是催化劑，B錯誤；反應①為慢反應步驟，第一步反應需要更大的能量，第一步反應也比第二步反應慢得多，反應①的活化能大于反應②，C正確；因為反應①的活化能大，整體反應速率由反應①決定，加入催化劑的目的是降低Ts1的能量，D錯誤。4．乙烯與水通過加成反應可得乙醇。反應機理、能量變化與反應進程的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是(

)A．①、②、③三步均屬于加成反應B．H＋為反應的催化劑C．①、②、③三步反應均為放熱反應D．總反應是放熱反應，不需要加熱就能發(fā)生答案：B

解析：不飽和碳原子與其他原子直接結(jié)合形成新的化合物為加成反應，反應①②為加成反應，故A項錯誤；反應前加入H＋，反應后又產(chǎn)生了H＋，所以H＋為反應的催化劑，B項正確；反應①中反應物能量低于生成物，該反應為吸熱反應，②③反應的反應物能量均高于生成物的能量，這兩個反應均為放熱反應，C項錯誤；對于總反應，反應物的總能量高于生成物的總能量，反應為放熱反應，但反應的發(fā)生需要加熱與否與放熱吸熱無關(guān)，D項錯誤。題型(二)能量變化中的能壘圖像[典例]水煤氣變換反應為CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)。我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用·標注。下列說法正確的是(

)A．水煤氣變換反應的ΔH＞0B．步驟③的化學方程式為CO·＋OH·===COOH·C．步驟⑤只有非極性鍵形成D．該歷程中最大能壘(活化能)E正＝2.02eV[解析]

由示意圖可知，反應物的總能量大于生成物的總能量，該反應為放熱反應，ΔH＜0，故A錯誤；由示意圖可知，步驟③為CO·、OH·、H2O(g)和H·反應生成COOH·、H2O·和H·，反應的化學方程式為CO·＋OH·＋H2O(g)===COOH·＋H2O·，故B錯誤；由示意圖可知，步驟⑤有非極性H—H鍵形成，還有極性O(shè)—H鍵的斷開和形成，故C錯誤；由示意圖可知，步驟④的能壘最大，E正＝1.86eV－(－0.16eV)＝2.02eV，故D正確。[答案]

D[思維建模]

三步突破能量變化的能壘圖[集訓沖關(guān)]1．(2023·嘉興二模)甲基叔丁基醚(MTBE)是一種高辛烷值汽油添加劑，可由甲醇和異丁烯(以IB表示)在催化劑作用下合成，其反應過程中各物質(zhì)相對能量與反應歷程的關(guān)系如圖所示(其中N1表示甲醇和異丁烯同時被吸附，N2表示甲醇先被吸附，N3表示異丁烯先被吸附)，下列說法不正確的是(

)答案：D

解析：N1、N2、N3三種反應歷程的活化能分別為(6－2)QkJ·mol－1＝4QkJ·mol－1、(9－3)QkJ·mol－1＝6QkJ·mol－1、(10－4)QkJ·mol－1＝6QkJ·mol－1，則N1反應速率最快，A項正確；甲醇比IB更易被催化劑吸附，若甲醇過多會占據(jù)催化劑表面從而使異丁烯無法與催化劑接觸，導致反應速率減慢，C項正確；N1、N2、N3三種反應歷程的活化能不全相等，則同溫同壓下，只有起始投料相同，相同時間三種途徑MTBE的產(chǎn)率不全相同，D項錯誤。下列說法不正確的是(

)A．三步分反應中決定總反應速率的是反應ⅠB．Ⅰ、Ⅱ兩步的總反應為CO(g)＋2NO(g)===N2O(g)＋CO2(g)

ΔH＝－513.5kJ·mol－1C．根據(jù)圖像無法判斷過渡狀態(tài)a、b、c的穩(wěn)定性相對高低D．反應Ⅲ逆反應的活化能EaⅢ(逆)＝554.9kJ·mol－1答案：B

解析：活化能越大，反應速率越慢，根據(jù)圖中信息反應Ⅰ活化能最大，因此三步分反應中決定總反應速率的是反應Ⅰ，故A正確；根據(jù)圖中信息和蓋斯定律得到Ⅰ、Ⅱ兩步的總反應為CO(g)＋2NO(g)===N2O(g)＋CO2(g)

ΔH＝－314.3kJ·mol－1，故B錯誤；由于CO(g)的能量不清楚，因此根據(jù)圖像無法判斷過渡狀態(tài)a、b、c的穩(wěn)定性相對高低，故C正確；答案：C

根據(jù)圖像可以得到ΔH＝(Ea1＋Ea3－Ea2－Ea4)kJ·mol－1，故C正確；由反應歷程及能量變化圖無法判斷該加成反應為放熱反應，故D錯誤。4．不同含金化合物催化乙烯加氫的反應歷程如圖所示：答案：B

解析：根據(jù)圖示可知，1molC2H4(g)和1molH2(g)具有的能量比1molC2H6(g)的能量高，A錯誤；過渡態(tài)1具有的能量比過渡態(tài)2高，則過渡態(tài)1比過渡態(tài)2物質(zhì)的穩(wěn)定性弱，B正確；該反應的ΔH＝－129.6kJ·mol－1，且焓變與催化劑無關(guān)，C錯誤；專題驗收評價031．一定溫度下，發(fā)生反應H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，反應的能量變化如圖所示，下列說法正確的是(

)A．在相同條件下，H2(g)與I2(g)的能量總和大于HI(g)的B．1molI2(g)與1molH2(g)反應生成2mol液態(tài)HI放出的熱量小于13kJC．該反應的逆反應是放熱反應D．破壞反應物中化學鍵所需的能量低于形成反應產(chǎn)物中化學鍵釋放的能量答案：D

解析：根據(jù)題圖可知，反應物的總能量比生成物的總能量高13kJ，該反應為放熱反應，在相同條件下，1molH2(g)與1molI2(g)的能量總和大于2molHI(g)的，故A錯誤；2HI(g)===2HI(l)，需要放出熱量，1molH2(g)與1molI2(g)反應生成2mol液態(tài)HI放出的熱量大于13kJ，故B錯誤；該反應是放熱反應，逆反應為吸熱反應，故C錯誤；該反應是放熱反應說明斷鍵吸收的能量小于成鍵放出的能量，故D正確。反應過程中能量變化如圖所示，下列說法不正確的是(

)A．ΔH＝ΔH1＋ΔH2B．反應Ⅱ為放熱反應C．ΔH1＝E1－E2D．反應①的速率主要由反應Ⅰ決定答案：D

解析：根據(jù)蓋斯定律可知，ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A正確；從圖中可知，M(g)＋B(g)的總能量大于2C(g)，故反應Ⅱ為放熱反應，B正確；反應Ⅰ為放熱反應，ΔH1＝E1－E2，C正確；從圖中可知，反應Ⅱ的活化能較大，則反應①的速率由反應Ⅱ決定，D錯誤。3．利用CH4可制備合成氣(CO、H2)。制備合成氣反應歷程分兩步：上述反應中C(ads)為吸附性活性炭，反應歷程的能量變化如圖。下列說法正確的是(

)A．制備合成氣反應可在高溫下自發(fā)進行B．決定制備合成氣反應速率的是步驟ⅡC．步驟Ⅰ反應的焓變ΔH＝(E1＋E2)kJ·mol－1D．使用更高效的催化劑可以減小該反應的焓變答案：A

解析：由圖可知，制備合成氣反應為吸熱、熵增反應，故可在高溫下自發(fā)進行，A正確；由圖可知，步驟Ⅰ的活化能比步驟Ⅱ的大，步驟Ⅰ速率更慢，所以決定制備合成氣反應速率的是步驟Ⅰ，B錯誤；由圖可知，步驟Ⅰ反應的焓變ΔH應該為(E2－E1)kJ·mol－1，C錯誤；催化劑不能改變反應的焓變，D錯誤。4．某科學家利用計算機模擬技術(shù)，分別研究反應CH3OH＋SO3===CH3OSO3H在無水和有水條件下的反應歷程，如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．CH3OH與SO3的總能量高于CH3OSO3H的能量，因此該反應的ΔH＜0B．無水條件下逆反應的活化能為34.76eVC．水改變了該反應的ΔHD．反應過程中CH3OH中的C—H均未發(fā)生斷裂答案：C

解析：由題圖可知，CH3OH與SO3的總能量高于CH3OSO3H的能量，則該反應為放熱反應，ΔH＜0，A正確；逆反應的活化能即為產(chǎn)物與中間活化分子的能量差，無水條件下，E逆＝19.59eV－(－15.17eV)＝34.76eV，B正確；由有水條件下CH3OH與SO3的反應歷程可知，反應前后H2O不變，則水為催化劑，催化劑只加快反應速率，不改變反應的ΔH，C錯誤；根據(jù)題圖可知，CH3OH中的O—H斷裂而形成了S—O—H中的O—H，而C—H未發(fā)生變化，D正確。5．如圖分別代表溴甲烷和三級溴丁烷發(fā)生水解的反應歷程。下列說法不正確的是(

)Ⅰ.CH3Br＋NaOH―→CH3OH＋NaBrⅡ.(CH3)3CBr＋NaOH―→(CH3)3COH＋NaBrA．反應Ⅰ的ΔH<0B．反應Ⅱ有兩個過渡態(tài)C．增加氫氧化鈉的濃度并不能使反應Ⅰ和Ⅱ速率都增大D．反應Ⅰ和Ⅱ都有C—Br的斷裂和C—O的形成，且生成的兩種醇均可被催化氧化產(chǎn)生C===O答案：D

6．(2023·湖、衢、麗4月教學質(zhì)量檢測)甲烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應的部分機理與能量變化如下：鏈引發(fā)：Cl2(g)→2Cl·(g)，ΔH1＝＋242.7kJ·mol－1鏈增長：部分反應進程與勢能變化關(guān)系如圖(所有物質(zhì)狀態(tài)為氣態(tài))……鏈終止：Cl·(g)＋CH3·(g)→CH3Cl(g)，ΔH2＝－371kJ·mol－1下列說法不正確的是(

)A．Cl2的鍵能為242.7kJ·mol－1B．鏈增長中反應速率較快的一步的熱化學方程式為CH4(g)＋Cl·(g)→CH3(g)＋HCl(g)

ΔH＝＋7.5kJ·mol－1C．鏈增長過程中可能產(chǎn)生·CH2Cl、·CHCl2、·CCl3D．鏈終止反應的過程中，還可能會生成少量的乙烷答案：B

解析：根據(jù)Cl2(g)→2Cl·(g)，ΔH1＝＋242.7kJ·mol－1可知，Cl2的鍵能為242.7kJ·mol－1，A正確；反應速率較快的一步應該是活化能較低的一步，由圖可知，反應速率較快的一步的熱化學方程式為CH3·＋Cl2(g)→CH3Cl(g)＋Cl·，B錯誤；由圖可知，鏈增長中碳上的氫原子可能失去，故鏈增長過程中可能產(chǎn)生·CH2Cl、·CHCl2、·CCl3，C正確；鏈終止反應的過程中，兩個·CH3結(jié)合在一起可以形成乙烷，D正確。7．我國科學家合成了一種新型Au15/MoC材料，實現(xiàn)了低溫催化水煤氣變換。反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“*”標注，TS指過渡態(tài)。下列有關(guān)說法不正確的是(

)A．溫度一定時，加壓無法提高平衡轉(zhuǎn)化率B．分子從催化劑表面脫附的過程都是吸熱的C．反應歷程中活化能最大的一步為CO*＋2H2O*→CO*＋H2O*＋OH*＋H*D．該過程有極性鍵的斷裂和生成答案：B

A．反應Ⅱ高溫下能自發(fā)進行B．H2O2分解產(chǎn)生氧氣的速率是由反應Ⅰ決定的C．I－、IO－都是催化劑D．ΔH1＋ΔH2＝－196kJ·mol－1答案：C

解析：根據(jù)能量變化圖可知，反應Ⅱ為吸熱反應，即ΔH2>0，又因為該反應的ΔS>0，故反應Ⅱ高溫下能自發(fā)進行，A正確；反應Ⅰ的活化能高，反應速率慢，故H2O2分解產(chǎn)生氧氣的速率由反應Ⅰ決定，B正確；根據(jù)反應過程可知，I－是反應的催化劑，而IO－是中間產(chǎn)物，C錯誤；1molH2O2完全分解放出熱量98kJ，反應Ⅰ、Ⅱ相加即得ΔH1＋ΔH2＝－196kJ·mol－1，D正確。9．1,3-丁二烯與HBr發(fā)生加成反應分兩步：第一步H＋進攻1,3-丁二烯生成碳正離子()；第二步Br－進攻碳正離子完成1,2-加成或1,4-加成。反應進程中的能量變化如圖所示。下列說法不正確的是(

)CH2===CH