2024版大二輪化學(xué)（新高考）：專題五選擇題專攻1物質(zhì)能量、能壘變化圖像分析

選擇題專攻1.物質(zhì)能量、能壘變化圖像分析核心精講01例如H＋＋OH－===H2O，反應(yīng)幾乎沒(méi)有過(guò)程，瞬間平衡一步到位，稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)；而2HI===H2＋I(xiàn)2的實(shí)際機(jī)理是分兩步進(jìn)行的，每一步都是一個(gè)基元反應(yīng)：2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2，存在未成對(duì)電子的微粒稱為自由基，反應(yīng)活性高，

壽命短，2HI===H2

＋I(xiàn)2稱為非基元反應(yīng)。1.基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)A＋B—C―→[A…B…C]―→A—B＋C備注：(1)以上為一種基元反應(yīng)，其中正反應(yīng)活化能Ea正＝b－a，逆反應(yīng)活化能Ea逆＝b－c，ΔH＝Ea正－Ea逆。(2)過(guò)渡態(tài)(A…B…C)不穩(wěn)定。2.過(guò)渡態(tài)備注：處于能量最高點(diǎn)的是反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)，在多步反應(yīng)中兩個(gè)過(guò)渡態(tài)之間的是中間體，中間體很活潑，壽命很短，但是會(huì)比過(guò)渡態(tài)更穩(wěn)定些。3.中間體(1)在催化機(jī)理能壘圖中，有幾個(gè)活化狀態(tài)，就有幾個(gè)基元反應(yīng)?？梢杂脠D中每步基元反應(yīng)前后的活性物質(zhì)，寫(xiě)出其熱化學(xué)方程式。注意：如果縱坐標(biāo)相對(duì)能量的單位是電子伏特(eV)，焓變應(yīng)轉(zhuǎn)化成每摩爾。4.催化機(jī)理能壘圖其中帶“*”的物種表示吸附在Rh表面，該反應(yīng)過(guò)程中決定反應(yīng)速率步驟的化學(xué)方程式為

；甲酸分解制H2的熱化學(xué)方程式可表示為_(kāi)_______________________________________________(阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示)。HCOOH*===HCOO*＋H*(2)每步基元反應(yīng)的快慢取決于其能壘的大小，能壘越大，反應(yīng)速率越慢。例如：在Rh催化下，甲酸分解制H2反應(yīng)的過(guò)程如圖所示。HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－0.16NAeV·mol－1應(yīng)用示例我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了CO2與H2在TiO2/Cu催化劑表面生成CH3OH和H2O的部分反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用

標(biāo)注。反應(yīng)歷程中最小能壘(活化能)E正＝_____eV。寫(xiě)出歷程②的化學(xué)方程式及焓變：_________________________________________________________。0.61HOCO

＋H===CO

＋H

＋

OHΔH＝＋0.20NAeV·mol－1該歷程中最小能壘(活化能)為能量上升階段，可知最小的活化能為1.08到1.69階段，等于0.61eV；歷程②是HOCO

＋H

===CO＋H

＋

OH，反應(yīng)時(shí)由相對(duì)能量0.07eV升至0.75eV的過(guò)渡態(tài)Ⅱ再降至－0.13eV，ΔH＝[0.07－(－0.13)]NAeV·mol－1＝＋0.20NAeV·mol－1。真題演練021.(2023·廣東，15)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應(yīng)R(g)

P(g)。反應(yīng)歷程(下圖)中，M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是A.使用Ⅰ和Ⅱ，反應(yīng)歷程都分4步進(jìn)行B.反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，升高溫度，R的濃度增大C.使用Ⅱ時(shí)，反應(yīng)體系更快達(dá)到平衡D.使用Ⅰ時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中M所能達(dá)到的最高

濃度更大123√由圖可知兩種催化劑均出現(xiàn)四個(gè)波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反應(yīng)歷程都分4步進(jìn)行，A正確；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向左移動(dòng)，R的濃度增大，B正確；由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ時(shí)反應(yīng)速率更快，反應(yīng)體系更快達(dá)到平衡，C錯(cuò)誤；在前兩個(gè)歷程中使用Ⅰ活化能較低反應(yīng)速率較快，后兩個(gè)歷程中使用Ⅰ活化能較高反應(yīng)速率較慢，所以使用Ⅰ時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中M所能達(dá)到的最高濃度更大，D正確。1232.(2023·浙江1月選考，14)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣態(tài)反應(yīng)物和生成物的相對(duì)能量與反應(yīng)歷程示意圖如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相對(duì)能量為0]，下列說(shuō)法不正確的是A.E6－E3＝E5－E2B.可計(jì)算Cl—Cl鍵能為

2(E2－E3)kJ·mol－1C.相同條件下，O3的平

衡轉(zhuǎn)化率：歷程Ⅱ>歷程ⅠD.歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最快的一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為ClO(g)＋

O(g)===O2(g)＋Cl(g)

ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1123√對(duì)比兩個(gè)歷程可知，歷程Ⅱ中增加了催化劑，降低了反應(yīng)的活化能，加快了反應(yīng)速率。催化劑能降低活化能，但是不能改變反應(yīng)的焓變，因此E6－E3＝E5－E2，A正確；已知Cl2(g)的相對(duì)能量為0，對(duì)比兩個(gè)歷程可知，Cl(g)的相對(duì)能量為(E2－E3)kJ·mol－1，則Cl—Cl鍵能為2(E2－E3)kJ·mol－1，B正確；123催化劑不能改變反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，因此相同條件下，O3的平衡轉(zhuǎn)化率：歷程Ⅱ＝歷程Ⅰ，C錯(cuò)誤；活化能越低，反應(yīng)速率越快，由圖像可知，歷程Ⅱ中第二步反應(yīng)的活化能最低，所以速率最快的一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)

ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1，D正確。1233.(2022·湖南，12改編)反應(yīng)物(S)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物(P或P·Z)的能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系如圖所示：下列有關(guān)四種不同反應(yīng)進(jìn)程的說(shuō)法正確的是A.進(jìn)程Ⅰ是吸熱反應(yīng)B.平衡時(shí)P的產(chǎn)率：Ⅱ>ⅠC.生成P的速率：Ⅲ>ⅡD.進(jìn)程Ⅳ中，Z沒(méi)有催化作用123√由圖可知，進(jìn)程Ⅰ中S的總能量大于產(chǎn)物P的總能量，因此進(jìn)程Ⅰ是放熱反應(yīng)，A不正確；進(jìn)程Ⅱ中使用了催化劑X，但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率，因此兩個(gè)進(jìn)程平衡時(shí)P的產(chǎn)率相同，B不正確；123進(jìn)程Ⅲ中由S·Y轉(zhuǎn)化為P·Y的活化能高于進(jìn)程Ⅱ中由S·X轉(zhuǎn)化為P·X的活化能，由于這兩步反應(yīng)分別是兩個(gè)進(jìn)程的決速步驟，因此生成P的速率：Ⅲ<Ⅱ，C不正確；進(jìn)程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S·Z，然后S·Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物P·Z，由于P·Z沒(méi)有轉(zhuǎn)化為P＋Z，因此，Z沒(méi)有催化作用，D正確。123考向預(yù)測(cè)031.亞硝酰氯在有機(jī)合成中有重要應(yīng)用。2NO(g)＋Cl2(g)===2NOCl(g)的反應(yīng)歷程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.催化劑能提高反應(yīng)物的相對(duì)能量B.相對(duì)于曲線Ⅱ，曲線Ⅰ表示加入催化劑C.曲線Ⅱ正反應(yīng)的活化能為15.5kJ·mol－1D.2NO(g)＋Cl2(g)===2NOCl(g)

ΔH＝－77.1kJ·mol－1123√催化劑能降低“過(guò)渡態(tài)”物質(zhì)的相對(duì)能量，使活化能降低，A項(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確；曲線Ⅱ正反應(yīng)的活化能為196kJ·mol－1－180.5kJ·mol－1＝15.5kJ·mol－1，C項(xiàng)正確；123反應(yīng)熱等于生成物的總能量與反應(yīng)物的總能量之差，即ΔH＝103.4kJ·mol－1－180.5kJ·mol－1＝－77.1kJ·mol－1，D項(xiàng)正確。2.如圖表示2-甲基-2-溴丙烷發(fā)生水解的反應(yīng)歷程，下列說(shuō)法正確的是A.由圖可知反應(yīng)有兩個(gè)過(guò)渡態(tài)，無(wú)法判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)B.增大c(NaOH)，總反應(yīng)的速率會(huì)增大C.反應(yīng)中存在C—Br的斷裂和C—O的形成D.若第一階段轉(zhuǎn)化率為30%，第二階段轉(zhuǎn)化

率為40%，則最終產(chǎn)物的產(chǎn)率為12%123√由圖可知，反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量高，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步反應(yīng)的活化能大，是反應(yīng)的決速步驟，但是第一步反應(yīng)沒(méi)有NaOH參與，增大c(NaOH)，總反應(yīng)的速率不會(huì)增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)中有C—Br的斷裂和C—O的形成，C項(xiàng)正確；產(chǎn)率是目標(biāo)產(chǎn)物的實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值，而轉(zhuǎn)化率是反應(yīng)物反應(yīng)的百分?jǐn)?shù)，由轉(zhuǎn)化率無(wú)法計(jì)算產(chǎn)物的產(chǎn)率，D項(xiàng)錯(cuò)誤。1233.氫氣可將CO2還原為甲烷：CO2(g)＋4H2(g)

CH4(g)＋2H2O(g)，科學(xué)家研究在催化劑表面上CO2與H2反應(yīng)的前三步歷程如圖所示，吸附在催化劑表面上的物種用“·”標(biāo)注，Ts表示過(guò)渡態(tài)。下列說(shuō)法正確的是A.起始到Ts1歷程中發(fā)生了非極性共價(jià)

鍵的斷裂B.該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率取決于Ts2的能壘C.前三步歷程中最小能壘步驟的化學(xué)方

程式為·CO＋3H2(g)＋H2O(g)===

·CO＋·OH＋·H＋3H2(g)D.物質(zhì)吸附在催化劑表面，形成過(guò)渡態(tài)的過(guò)程會(huì)放出熱量123√根據(jù)圖示可知，起始到Ts1歷程中H2分子部分變成·H，則發(fā)生了H—H非極性共價(jià)鍵的斷