易错专题 反应机理-年高考化学考前易错聚焦（解析版）

易错专题10反应机理聚焦易错点：►易错点一有效碰撞理论►易错点二反应机理典例精讲易错点一有效碰撞理论【易错典例】例1目前认为酸催化乙烯水合制乙醇的反应机理及能量与反应进程的关系如图所示。下列说法错误的是A．第②、③步反应均释放能量B．该反应进程中有二个过渡态C．酸催化剂能同时降低正、逆反应的活化能D．总反应速率由第①步反应决定B【解析】A.根据反应历程，结合图可知，第②③步均为反应物总能量高于生成物的总能量，为放热反应，选项A正确；B.根据过渡态理论，反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡态，由图可知，该反应进程中有三个过渡态，选项B错误；C.酸催化剂能同时降低正、逆反应的活化能，选项C正确；D.活化能越大，反应速率越慢，决定这总反应的反应速率，由图可知，第①步反应的活化能最大，总反应速率由第①步反应决定，选项D正确。【解题必备】有效碰撞理论（1）化学反应发生的条件：在化学反应中，反应物分子不断发生碰撞，大多数碰撞无法发生反应，只有少数分子的碰撞才能发生化学反应，能发生有效碰撞的分子是活化分子。普通反应物分子形成活化分子所需要的能量叫活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。发生有效碰撞不仅有能量的因素，还有空间因素，只有同时满足这两者的要求才能发生有效碰撞。关注公众号《全元高考》微信公众号《全元高考》2024届高三押题群享各大主流机构押题，王h雄/天xing获取微信：Neko-2324各大地区专版群内共享扫码添加微信进群（2）反应历程：发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。【变式突破】1．（2024·河南·洛宁县第一高级中学高三阶段练习）臭氧层中O3分解过程如图所示，下列说法不正确的是A．催化反应①是吸热反应，催化反应②是放热反应B．E1是催化反应①对应的正反应活化能C．温度升高，总反应的正反应速率的增加幅度大于逆反应速率的增加幅度D．(E2+△H)是催化反应②对应的逆反应活化能C【解析】A．由图可知，反应①中生成物的总能量高于反应总能量的反应，该反应是吸热反应，而反应②的生成物的总能量低于反应总能量的反应，该反应是放热反应，A正确；B．根据过渡态理论，E1是催化反应①对应的正反应的活化能，(E2+△H)是催化反应②对应的逆反应的活化能，B正确；C．由图可知，该反应的反应物总能量比生成物的总能量高，因此该反应宗反应是放热反应，温度改变对吸热反应影响更大，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，说明温度升高，总反应的正反应速率的增加幅度小于逆反应速率的增加幅度，C错误；D．根据过渡态理论，E1是催化反应①对应的正反应的活化能，(E2+△H)是催化反应②对应的逆反应的活化能，D正确。2．（2024·广东佛山·二模）一种催化制备的部分反应历程和能量变化如图所示，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．有4个基元反应B．升温有利于的吸附C．反应不是决速步D．增大的投入量，可提高其平衡转化率C【解析】A．根据图示可知，该过程包含、2个基元反应，A错误；B．，升高温度不利于的吸附，B错误；C．活化能较大，反应速率较慢，是决速步，C正确；D．增大的投入量，可提高反应速率，但不能提高平衡转化率，D错误。3．（2024·吉林·三模）甲醇用途广泛，可用作溶剂、防冻剂、燃料，也可用于生产生物柴油，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)可以合成甲醇，涉及的反应如下，回答下列问题：反应ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=−91.5kJ∙mol−1反应ii：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H2=−49.9kJ∙mol−1反应iii：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H3=+41.6kJ∙mol−1(1)在某催化剂作用下，反应ⅰ的反应历程如图所示(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量，*表示吸附在催化剂上)：①CO2的电子式为。②结合反应历程，写出反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式。③m=(计算结果保留两位有效数字，已知1eV=1.6×10−22kJ)。(2)反应ⅰ的Arrhenius经验公式Rlnk=−+C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C均为常数，T为温度)，实验数据如图中曲线M所示。当改变外界条件时，实验数据如图中曲线N所示，则实验可能改变的外界条件是。(3)将一定量的CO2(g)和H2(g)充入密闭容器中并加入合适的催化剂，只发生反应ii和iii．在相同温度不同压强下测得CO2的平衡转化率、CH3OH(g)的选择性和CO的选择性随压强变化曲线如图所示。①图中表示CH3OH的选择性的曲线是(填“m”“n”或“p”)，简述判断方法。②反应体系中组分CO2(g)、CO(g)的浓度随时间变化情况如图所示。0～15s时间段内，CH3OH的平均反应速率为mol·L−1·s−1(保留两位有效数字)。【答案】(1)CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+H2*(g)0.95eV(2)加入了高效催化剂(3)m反应ii是气体体积减小的反应，反应iii是气体体积不变的反应，增大压强时平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，甲醇选择性增大，一氧化碳转化率减小，且甲醇选择性和一氧化碳选择性之和为10.0017【解析】（1）①已知CO2是共价化合物，故CO2的电子式为，故答案为：；②决速步骤指反应历程中反应速率最慢的反应，反应速率快慢由反应的活化能决定，活化能越大，反应速率越慢，由反应历程图中数据可知，活化能=过渡态能量-起始态能量，各个步骤中活化能分别为：0.7eV、0.8eV、0.2eV、0.2eV、0.7eV、(1.4-m)eV，其中最大的数值为[-0.1-(-0.9)]eV=0.8eV，该步骤的反应方程式为CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+H2*(g)，故答案为：CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+H2*(g)；③反应iCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH1=-91.5kJ/mol，由图可知，1molCO(g)和2molH2的总能量与CH3OH(g)的总能量之差为91.5kJ，反应历程图中的E表示的是1个CO分子和2个H2分子的相对总能量与1个CH3OH分子的相对总能量之差为meV，相对总能量E═meV=≈0.95eV，即m=0.95，故答案为：0.95eV；（2）由图可知，曲线M的Rlnk随T的增大减小幅度大，曲线N的Rlnk随T的增大减小幅度小，即温度一定时二者的活化能不相等，催化剂能降低反应的活化能，所以曲线N实验可能改变的外界条件是加入了高效催化剂，故答案为：加入了高效催化剂；（3）①反应ii是气体体积减小的反应，反应iii是气体体积不变的反应，增大压强时平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，CH3OH(g)的选择性增大，CO的选择性减小，并且CH3OH(g)的选择性增和CO的选择性之和为100%，所以曲线n表示CO2的平衡转化率，曲线m表示CH3OH(g)的选择性，曲线n表示CO(g)的选择性，故答案为：m；反应ii是气体体积减小的反应，反应iii是气体体积不变的反应，增大压强时平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，甲醇选择性增大，一氧化碳转化率减小，且甲醇选择性和一氧化碳选择性之和为1；②由题干图像信息可知，15s末CO2的浓度为0.3mol/L，CO的浓度为0.175mol/L，由三段式分析可知：，则15s内CH3OH的浓度变化量为0.5-0.3-0.175=0.025mol/L，故0～15s时间段内，CH3OH的平均反应速率为=0.0017mol·L−1·s−1，故答案为：0.0017。易错点二反应机理【易错典例】例2（2024·河南·高三阶段练习）由簇介导的光辅助水蒸气重整甲烷的两个连续催化循环机理如图所示(“UV”代表紫外线)。下列说法错误的是A．在循环中起催化作用B．该反应可用于制取合成气、C．过程中包含反应D．反应过程中金属元素、V的价态均不变D【解析】A．由催化循环Ⅰ、Ⅱ及催化剂性质知，A项正确；B．图中循环Ⅰ、Ⅱ反应都为H2O重整CH4()，得到合成气：和，B项正确；C．由图示可知，循环Ⅰ中，在UV的作用下，，C项正确；D．、、中钒的化合价一定不同，D项错误。【解题必备】1.反应机理：（1）应反机理是用来描述某反应物到反应产物所经由的全部基元反应，就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应，以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，然后按照一定规律组合起来，从而阐述复杂反应的内在联系，以及总反应与基元反应内在联系。（2）反应机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。典型的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。（3）反应机理中包含的基元反应是单分子反应或双分子反应。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。（4）认识化学反应机理，任何化合物的每一步反应都应该是在该条件下此类化合物的通用反应。2.催化剂与化学反应：化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质（催化剂）其作用可降低反应的活化能。催化剂能改变反应的途径、降低反应的活化能、加快反应速率，但不能改变反应热的符号与数值、不能改变平衡的移动方向。解答时注意题干信息的理解应用，通过分析化学反应过程，明确反应过程中催化剂的作用和能量变化、化学键的变化。左图虚线表示催化剂对反应的影响，右图为催化反应历程示意图。【变式突破】4．（2024·云南曲靖·二模）半导体光催化是指半导体材料吸收光子，产生光生电子和空穴，从而引发一系列反应的过程。一种光催化选择性氧化甲烷制备甲醇的机理如图所示，下列说法错误的是A．转化①是吸热过程B．的电子式为C．转化②发生的反应可表示为D．光照下可以加快该反应的速率，且不改变反应的焓变A【解析】A．由图可知，转化①为共价键的形成过程，形成共价键的过程为放热过程，故A错误；B．是含有极性键和非极性键的自由基，电子式为，故B正确；C．由图可知，转化②发生的反应为酸性条件下CH3OOH得到电子发生还原反应生成甲醇和水，反应式为，故C正确；D．由图可知，是反应的催化剂，所以光照下可以加快该反应的速率，且不改变反应的焓变，故D正确。5．（2024·江苏·淮海中学高三期末）某种含二价铜的催化剂[CuII(OH)(NH3)]+可用于汽车尾气脱硝。催化机理如图1所示，反应过程中不同态物质体系所具有的能量如图2所示。下列说法中正确的是A．该脱硝过程总反应的△H＞0B．由状态④到状态⑤发生了氧化还原反应C．总反应的化学方程式为4NH3+2NO+2O26H2O+3N2D．依据反应历程能量变化，反应过程中不同态物质体系稳定性降低B【解析】A．根据图2可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，则总反应焓变△H＜0，A项错误；B．由图1可知，状态④到状态⑤中O的化合价发生变化，发生了氧化还原反应，B项正确；C．由图1知，该过程反应物有：NH3、NO、O2，生成物有H2O、N2，依据参数配平反应为：4NH3+4NO+O26H2O+4N2，C项错误；D．物质能量越低越稳定，依据反应历程能量变化，反应过程中不同态物质体系稳定性升高，D项错误。6．（2024·福建厦门·高三期末）催化剂(Fe，Al)/MIL-53可直接选择性氧化甲烷制甲醇，节省能耗。(1)(Fe，Al)/MIL-53制备方法如下：Al(NO3)3•9H2O+Al/MIL-53(Fe，Al)/MIL-53。①对苯二甲酸的结构简式为