突破02 过渡态-备战2021年高考化学《催化剂、活化能与反应历程图像题》专题突破系列

催化剂、活化能与反应历程(2) 【必备知识】 1、正确理解活化能与反应热的关系 a、催化剂能降低反应所需活化能，化学反应速率加快，但不影响焓变的大小，不影响平衡 b、在无催化剂的情况下，E1 为正反应的活化能，E2 为逆反应的活化能，即：E1＝E2＋ΔH 【经典练习】 1、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是( ) A．反应过程可表示为 B．E1 为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能 C．正反应的热效应为ΔH=E1−E2，且 E2>E1，所以正反应为放热反应 D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应 2、由 N2O 和 NO 反应生成 N2 和 NO2 的能量变化如图所示。下列说法错误的是( ) A．使用催化剂可以降低过渡态的能量 B．反应物能量之和大于生成物能量之和 C．N2O(g)+NO(g)→N2(g)+NO2(g)+139kJ D．反应物的键能总和大于生成物的键能总和 3、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是( ) A．该反应不一定能自发进行 B．E1 为反应物的平均能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能 C．正反应的热效应为△H=E1-E2，且 E2＞E1，所以正反应为放热反应 D．加入合适催化剂，△H 不变，E1、E2 也不变 4、T℃时，向某恒容密闭容器中充入 2mol X(g)和 2mol Y(g)发生反应：X(g)+Y(g) 2Z(g)，反应历程与能量的 变化如图所示，下列说法错误的是( ) A．Y 的质量不变时，该反应达到平衡状态 B．反应达到平衡时，放出的热量小于(Ea2—Ea1) KJ C．曲线 b 为加入催化剂时该反应的反应历程图 D．其他条件不变，平衡后再充入 2mol X(g)，达到新平衡时，Z 的体积分数减小 5、参照反应 Br＋H2→HBr＋H 的能量对反应历程的示意图(图甲)进行判断。下列叙述中不正确的是( ) A．正反应吸热 B．加入催化剂，该化学反应的反应热不变 C．加入催化剂后，该反应的能量对反应历程的示意图可用图乙表示 D．加入催化剂可增大正反应速率，降低逆反应速率 6、H2 与 N2 在催化剂表面生成 NH3，反应历程及能量变化示意如下。下列说法不正确的是( ) A．①→②吸收能量 B．②→③形成了 N—H 键 C．该反应为放热反应 D．该催化剂可提高 NH3 的平衡产率 7、已知 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q1 反应历程的能量变化如曲线 I，说法正确的是( ) A．1molN≡N 键能与 3molH－H 键能之和大于 6molN－H 键能，所以反应为放热 B．2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q2 反应历程的能量变化如曲线Ⅱ，则 Q2>Q1 C．选择合适的催化剂，可以降低反应所需温度，Q1 值也相应减少 D．2mol 氨气的能量高于 1mol 氮气和 3mol 氢气的能量之和，所以反应需要高温 8、参照某反应的能量对反应历程的示意图，下列对该正反应叙述中正确的是( ) A．反应热：过程 I>过程Ⅱ B．反应速率：过程 I>过程Ⅱ C．该反应为吸热反应 D．过程 I 使用了催化剂 9、某反应过程中能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是( ) A．该反应为放热反应 B．催化剂改变了化学反应的热效应 C．催化剂不改变化学反应历程 D．催化剂改变了化学反应速率 10、一个化学反应一般都有旧化学键的破坏和新化学键的形成。在一定条件下，氮气与氢气合成氨气的能量变化 的曲线如图(a 是没有使用催化剂的反应历程，b 是使用了催化剂的反应历程)，下列叙述正确的是( ) ①使用催化剂可降低生产能耗 ②该反应的热化学方程式为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+92kJ ③相同状况下，lmol 氮气和 3mol 氢气总能量高于 2mol 氨气的总能量 ④相同状况下，lmol 氮气和 3mol 氢气总键能低于 2mol 氨气的总键能 A．①②③④ B．只有②③④ C．只有①②③ D．只有②③ 11、H2O2 分别在无催化剂、催化剂 M 和 N 作用下分解，其能量随反应进程的变化如下图所示。有关 2H2O2(l)= 2H2O(l)＋O2(g)，下列说法正确的是( ) A．ΔH= E2－E1 B．实验中，M 催化效率低于 N C．加入催化剂 M、N，降低了反应的ΔH D．在无催化剂时，该反应历程活化能最低 12、反应 A(g)+2B(g)===C(g)的能量变化与反应进程关系如图所示，下列说法不正确的是( ) A．图中虚线表示加入了催化剂 B．图中虚线表示的反应 I、反应 II 均为放热反应 C．加入催化剂，改变了反应历程 D．该反应的焓变△H=(E2-E1) kJ/mol 13、335℃时，在恒容密闭反应器中 1.00 mol C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下： 反应 1：C10H18(l) C10H12(l)+3H2(g) ΔH1 反应 2：C10H12(l) C10H8(l)+2H2(g) ΔH2 测得 C10H12 和 C10H8 的产率 x1 和 x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程中能量的变化如图所示。 下列说法错误的是( ) A．使用催化剂能改变反应历程 B．更换催化剂后ΔH1、ΔH2 也会随之改变 C．8h 时，反应 1、2 都未处于平衡状态 D．x1 显著低于 x2，是由于反应 2 的活化能比反应 1 的小，反应 1 生成的 C10H12 很快转变成 C10H8 14、水煤气变换[CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g) ΔH ]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工 等工业领域中。我国科学家在这一变换中利用双功能催化剂突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难 题。反应历程如图所示，下列说法正确的是( ) A．低温下实现高反应速率是因为使用了双功能催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH B．过程Ⅰ为吸热过程、过程Ⅲ为放热过程 C．过程Ⅲ生成了具有非极性共价键的 H2、CO2 D．图示中的 2 个 H2O 分子只有一个 H2O 分子参与了反应 15、某反应的反应机理、能量与反应进程的关系如图所示，下列说法正确的是( ) A．Fe2＋是该反应的催化剂 B．第一步反应的能垒比第二步反应的小 C．S2O82－在第一步反应中作还原剂 D．两步反应都是放热反应 16、已知反应 S2O82-(aq)+2I-(aq) 2SO42-(aq)+I2(aq)，若往该溶液中加人含 Fe3+的某溶液，反应机理： ①2Fe3++(aq)+2I-(aq) I2(aq)+2Fe2+(aq)②2Fe2+(aq)+S2O82-(aq) 2Fe3+(aq)+2SO42-(aq),下列有关该反应的说法 不正确的是( ) A．增大 S2O82-浓度或 I-浓度，反应①、反应②的反应速率均加快 B．Fe3+是该反应的催化剂 C．因为正反应的活化能比逆反应的活化能小，所以该反应是放热反应 D．往该溶液中滴加淀粉溶液，溶液变蓝，适当升温，蓝色加深 17、固体表面的化学过程研究对于化学工业非常重要。在 Fe 催化剂、一定压强和温度下合成氨的反应机理如下 图所示。下列说法不正确．．．的是( ) A．N2 和 H2 分子被吸附在铁表面发生反应 B．吸附在铁表面的 N2 断裂了 N≡N 键 C．NH3 分子中的 N-H 键不是同时形成 D．Fe 催化剂可以有效提高反应物的平衡转化率 18、当 1，3-丁二烯和溴单质 1：1 加成时，其反应机理及能量变化如下： 不同反应条件下，经过相同时间测得生成物组成如下表： 下列分析不合理的是( ) A．产物 A、B 互为同分异构体，由中间体生成 A、B 的反应互相竞争 B．相同条件下由活性中间体 C 生成产物 A 的速率更快 C．实验 1 测定产物组成时，体系己达平衡状态 D．实验 1 在 t min 时，若升高温度至 25℃，部分产物 A 会经活性中间体 C 转化成产物 19、1，3-丁二烯在环已烷溶液中与溴发生加成反应时，会生成两种产物 M 和 N(不考虑立体异构)，其反应机理 如图 1 所示；室温下，M 可以缓慢转化为 N，能量变化如图 2 所示。下列关于该过程的叙述错误的是( ) A．室温下，N 的稳定性强于 M B．有机物 N 存在顺反异构 C．任何时间段内 M 的产率一定低于 N 的产率 D． △H=-(E2-E1)kJ·mol-1 20、多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。如图，我国学者发现 T°C 时，甲醇（CH3OH） 在铜基催化剂上的反应机理如下，下列有关说法中正确的是( ) 反应 I： CH3OH(g)＝CO(g)＋2H2 (g) ∆H1＝a kJ/mol 反应Ⅱ： CO(g)＋H2O(g)＝CO2 (g)＋H2 (g) ∆H2＝-b kJ/mol (b>0) 总反应： CH3OH(g)＋H2O(g)＝CO2 (g)＋3H2(g) ∆H3＝ c kJ/mol A．反应 I 是放热反应 B．1mol CH3OH(g)和 H2O(g)的总能量大于 1mol CO2(g)和 3mol H2(g)的总能量 C．c>0 D．优良的催化剂降低了反应的活化能，并减少∆H3，节约了能源 【催化剂、活化能与反应历程(2)】答案 1、D。解析：A 选项，反应时 BC 断键，A∙∙∙B 形成化学键，因此过程可表示为 A + BC,（反应物）— →[A∙∙∙B∙∙∙C], （过渡态）— →AB + C,（生成物），故 A 正确；B 选项，E1 为反应物的总能量与过渡态的能量差，称为正反应 的活化能，E2 为逆反应的活化能，故 B 正确；C 选项，正反应的热效应是反应物活化能减去生成物活化能，因 此ΔH = E1 – E2 < 0，所以正反应为放热反应，故 C 正确；D 选项，此图中逆反应的热效应ΔH = E2 - E1 > 0，，所 以逆反应为吸热反应，故 D 错误。 综上所述，答案为 D。 2、D。解析：A.催化剂可以降低活化能,降低过渡态的能量,故不选 A；B.根据图象可以知道,此反应的反应物的总 能量大于生成物的总能量，故不选 B；C.根据图象可以知道,此反应放热 139kJ,热化学方程式为 N2O(g)+NO(g)→N2(g)+NO2(g)+139kJ,故不选 C；D.△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和＜0，故选 D 3、D。解析：A.由图像可知 A+BC=AB+C，△HE1，△H过程 I，B 错误； C.反应物总能量低于生成物总能量，因此该反应为吸热反应，C 正确； D.催化剂降低反应的活化能，加快反应速率，过程Ⅱ使用了催化剂，D 错误；答案选 C。 9、D。解析：A．反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，故 A 错误；B．催化剂不能改变化学反应的热 效应，故 B 错误；C．催化剂改变反应的途径，降低反应的活化能，故 C 错误；D．催化剂能降低反应的活化能， 增大反应物中活化分子百分数，增大了有效碰撞几率，使反应速率增大，即催化剂改变了化学反应速率，故 D 正确；故选：D。 10、A。解析：①使用催化剂降低反应所需活化能，活化能越低，所需能量越低，因此使用催化剂可降低生产能 耗，故①正确；②从图中可以得出该反应是放热反应，放出热量为 600kJ−508 kJ=92 kJ，因此该反应的热化学方 程式为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+92kJ，故②正确；③该反应是放热反应，因此相同状况下，lmol 氮气和 3mol 氢气总能量高于 2mol 氨气的总能量，故③正确；④放热反应，反应物总键能小于生成物总键能，因此相同状况 下，lmol 氮气和 3mol 氢气总键能低于 2mol 氨气的总键能，故④正确；因此①②③④都正确；故 A 正确。 综上所述，答案为 A。 11、B。解析：试题分析：A．此反应是放热反应，ΔH= -（E2－E1），错误；B．实验中，M 需要的能量更多， 催化效率低于 N，正确；C．加入催化剂 M、N，降低了反应的活化能，错误；D．在有催化剂时，该反应历程 活化能降低；故选 B 12、D。解析：A. 催化剂能够降低反应的活化能，但不改变反应热，因此图中虚线表示加入了催化剂，故 A 正 确；B.根据图像，图中虚线表示的反应 I、反应 II 的反应物的总能量都大于生成物的总能量，均为放热反应，故 B 正确；C. 根据图像，加入催化剂，原来的反应分为两个阶段反应，改变了反应历程，故 C 正确；D. 反应热= 反应物的活化能-生成物的活化能= (E1-E2) kJ/mol，故 D 错误；故选 D。 13、B。解析：A. 催化剂能改变反应活化能，不同催化剂催化效果不同，催化剂反应历程不同，故 A 正确；B. 催 化剂只改变活化能和反应速率（达到平衡的时间），不会对反应的 H 产生影响，故 B 错误；C. 8h 后， 10 8C H 的 产率 2x 还在增大，说明反应 2 未达平衡状态，  2c H 还在改变，反应 1 也未处于平衡状态，故 C 正确；D. 降 低活化能，能提高反应速率，会提高相同时间段的产率，故 D 正确 14、B。解析：A．催化剂不能改变反应的△H，故 A 选项错误。B．过程Ⅰ中 1 个水分子中的化学键断裂，为吸 热过程，过程Ⅲ中形成了新的化学键，为放热过程，故 B 选项正确。C．过程Ⅲ中 CO、氢氧原子团和氢原子形 成了二氧化碳、水和氢气，H2 中的化学键为非极性键，二氧化碳中的化学键为极性共价键，故 C 选项错误。 D．过程Ⅰ中 1 个水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ另一个水分子中的化学键断裂的过程，过程Ⅲ中形成了新的水 分子，因此起始时的 2 个 H2O 最终都参与了反应，故 D 项正确错误。故答案选 B。 15、A。解析：A 项、由图可知，反应的总离子方程式为 S2O82－+2I— 2SO42－+I2，反应中 Fe2＋做催化剂，故 A 正确；B 项、反应的能垒实际上是反应物的活化能，由图可知，第一步反应的能垒（活化能）比第二步反应的 大，故 B 错误；C 项、由图可知第一步反应为 S2O82－与 Fe2+反应生成 SO42－和 Fe3+，S2O82－在反应中作氧化剂， 故 C 错误；D 项、由图可知第一步反应的反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，第二步反应反应物总 能量大于生成物总能量，为放热反应，故 D 错误；故选 A。反应的能垒实际上是反应物的活化能，由图可知第 一步反应能垒大于第二步。 16、D。解析：A. 增大 S2O82－浓度或 I－浓度，增加反应物浓度，因此反应①、反应②的反应速率均加快，故 A 正确；B. Fe3+在反应中是中间过程，参与反应但质量不变，因此是该反应的催化剂，故 B 正确；C. 因为正反应 的活化能比逆反应的活化能小，因此该反应是放热反应，故 C 正确；D. 往该溶液中滴加淀粉溶液，溶液变蓝， 适当升温，平衡逆向移动，单质碘减少，蓝色加浅，故 D 错误。综上所述，答案为 D。 17、D。解析：A、由 3 可知 N2 和 H2 分子被吸附在铁表面，而 4、5 表示发生反应，所以 N2 和 H2 分子被吸附在 铁表面发生反应，故 A 正确；B、由图 4 可知氮气吸附在铁表面，并断裂了 N≡N 键，故 B 正确；C、由图 5、6、 7 可知，NH3 分子中的 N-H 键不是同时形成，故 C 正确；D、催化剂只改变反应速率，平衡不移动，所以不能提 高反应物的平衡转化率，故 D 错误；答案选 D。 18、C。解析：A. 产物 A、B 互为同分异构体，由中间体生成 A、B 的反应互相竞争，A 正确；B. 由中间体生 成 A 的活化能较低，故相同条件下由活性中间体 C 生成产物 A 的速率更快，B 正确；C. 实验 1 测定产物组成时， 无法判断体系己达平衡状态，C 不合理；D. 由图像可知，由 C 生成 A 和 B 的反应皆为放热反应，由表中数据可 知，在较高的温度下，C 转化为 B 有竞争优势，故实验 1 在 t min 时，若升高温度至 25℃，部分产物 A 会经活 性中间体 C 转化成产物 B，D 正确。综上所述，分析不合理的是 C，本题选 C。 19、C。解析：A. 室温下，M 可以缓慢转化为 N，物质都有趋向于生成稳定的状态，因此 N 的稳定性强于 M， 故 A 正确；B. 有机物 N 碳碳双键左右两边的碳上方都为氢，则为顺式异构，碳上方一边为氢，一边为碳，则为 反式异构，故 B 正确；C. 从题知和信息中无法得出 M 的产率与 N 的产率谁高谁低，在室温下 M 的产率较高， 故 C 错误；D. 从物质能量分析，反应 的△H= (E1 −E2) kJ‧mol−1 =− (E2−E1) kJ‧mol−1， 故 D 正确。综上所述，答案为 C。 20、C。解析：A 选项，根据图象可知反应 I 是生成物能量大于反应物能量，因此为吸热反应，故 A 错误； B 选项，根据图象可知 1mol CH3OH(g)和 H2O(g)的总能量小于 1mol CO2(g)和 3mol H2(g)的总能量，故 B 错误； C 选项，1mol CH3OH(g)和 H2O(g)的总能量小于 1mol CO2(g)和 3mol H2(g)的总能量，是吸热反应，因此 c>0，故 C 正确；D 选项，优良的催化剂降低了反应的活化能，焓变不变，焓变只能由反应物和生成物总能量决定，故 D 错误。综上所述，答案为 C。