高考化學一輪復習同步課件 第11章　第43講　反應歷程與催化機理分析（魯科版）

反應歷程與催化機理分析第11章

第43講

1.知道化學反應是有歷程的，了解基元反應、過渡態理論。2.知道催化劑可以改變反應歷程，了解簡單的催化機理及其對調控化學反應速率的重要意義。復習目標課時精練考點一基元反應過渡態理論考點二催化機理圖的常見類型及分析內容索引基元反應過渡態理論考點一基元反應與反應歷程(1)基元反應：反應物一步直接轉化為反應產物的反應。例如H++OH-===H2O就是基元反應。(2)反應歷程(反應機理)大多數化學反應并不是經過簡單碰撞就能完成的，而往往經過多個反應步驟才能實現。反應歷程中的每一步反應都稱為基元反應。基元反應構成的反應序列稱為反應歷程(又稱反應機理)。例如H2(g)+I2(g)??2HI(g)，它的反應歷程是如下兩步基元反應：①I2―→I·+I·(快)②H2+2I·―→2HI(慢)其中慢反應為整個反應的決速步驟。(3)基元反應過渡態理論基元反應在從反應物到產物的變化過程中要經歷一個中間狀態，這個狀態稱為過渡態。AB+C―→[A…B…C]

―→A+BC反應物

過渡態反應產物過渡態是反應過程中具有最高能量的一種結構狀態，過渡態能量與反應物的平均能量的差值相當于活化能[活化能(能壘)越高，此步基元反應速率越

]。例如，對于基元反應NO2+CO===NO+CO2，CO和NO2先形成活化絡合物[O—N…O…C—O]，原有的N…O鍵部分破裂，新的C…O鍵部分形成，最后舊鍵完全破裂，新鍵完全形成，轉變為產物分子。慢反應過程能量圖圖示釋義①

表示正反應的活化能；②

表示逆反應的活化能；③反應的焓變ΔH=

；④一般來說，Ea1越

，反應速率越快，反應越易進行。Ea1Ea2Ea1-Ea2小1.甲烷與氯氣在光照條件下存在如下反應歷程(“·”表示電子)：①Cl2

2Cl·(慢反應)②CH4+Cl·―→·CH3+HCl(快反應)③·CH3+Cl2―→CH3Cl+Cl·(快反應)④·CH3+Cl·―→CH3Cl(快反應)已知在一個分步反應中，較慢的一步反應控制總反應的速率。下列說法不正確的是A.上述過程的總反應方程式為CH4+Cl2

CH3Cl+HClB.光照的主要作用是促進反應①的進行從而使總反應速率加快C.反應②~④都是由微粒通過碰撞而發生的反應D.反應①是釋放能量的反應√

由反應歷程可知，甲烷與氯氣發生取代反應生成一氯甲烷和氯化氫，則總反應方程式為CH4+Cl2

CH3Cl+HCl，故A正確；由反應歷程可知，反應②~④都是由微粒通過有效碰撞而發生的反應，故C正確；反應①破壞氯氣分子中的共價鍵，吸收能量，故D錯誤。2.如圖(Ea表示活化能)是CH4與Cl2生成CH3Cl的部分反應過程能量變化關系圖，下列說法正確的是A.題述反應為吸熱反應B.升高溫度，Ea1、Ea2均

減小，反應速率加快C.第一步反應的方程式可

表示為Cl·+CH4―→CH3·+HClD.第一步反應的速率大于第二步反應的速率√

由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，A項錯誤；升高溫度，不能降低反應的活化能，即Ea1、Ea2均不變，但可以加快反應速率，B項錯誤；第一步反應的活化能大于第二步反應的活化能，所以第一步反應的速率小于第二步反應的速率，D項錯誤。決速步反應的判斷(1)決速步反應：在多步化學反應中，決定總反應速率的基元反應。(2)總反應的反應速率主要取決于最慢的基元反應，即決速步反應為活化能(能壘)最大的基元反應。練后反思返回催化機理圖的常見類型及分析考點二類型一

有無催化劑反應進程比較(如圖)特別提醒

催化劑的特征(1)降低反應的活化能，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，但不改變平衡狀態和反應焓變。(2)催化劑有選擇性，不同的反應常用不同的催化劑，即每個反應有它特有的催化劑。(3)每種催化劑只有在特定條件下才能體現出它的活性，否則將失去活性或發生催化劑中毒。

對點訓練√

2.反應物(X)轉化為產物(Y)時的能量變化與反應過程的關系如圖所示，下列說法正確的是A.X的鍵能大于Y的鍵能B.M為反應的中間產物C.其他條件相同時，②的反應速率比

①的更快D.對于反應①，升高溫度，Y的平衡產率將增大√

X的能量高，鍵能小于Y的鍵能，A錯誤；由圖示可知，M參加反應后，最后一步反應又生成M，則M為反應的催化劑，B錯誤；因為②中各步反應的活化能均小于①中反應的活化能，所以其他條件相同時，②的反應速率比①的更快，C正確；反應①的ΔH<0，升高溫度，平衡逆移，Y的平衡產率減小，D錯誤。

3.(2025·河南，10)在催化劑a或催化劑b作用下，丙烷發生脫氫反應制備丙烯，總反應的化學方程式為CH3CH2CH3(g)??CH3CH==CH2(g)+H2(g)，反應進程中的相對能量變化如圖所示

[*表示吸附態，*CH3CHCH2+2*H―→CH3CH==CH2(g)+H2(g)中部分進程已省略]。下列說法正確的是A.總反應是放熱反應B.兩種不同催化劑作用下總反應的化學平衡

常數不同C.和催化劑b相比，丙烷被催化劑a吸附得到的吸附態更穩定D.①轉化為②的進程中，決速步驟為*CH3CH2CH3―→*CH3CHCH3+*H對點訓練√

化學平衡常數只與溫度有關，而與其他條件無關，因此兩種不同催化劑作用下總反應的化學平衡常數相同，B錯誤；催化劑a作用下，丙烷吸附態能量較低，能量越低越穩定，故催化劑a吸附得到的吸附態更穩定，C正確；反應的決速步驟為活化能最大的步驟，即反應進行最慢的步驟，由圖像可以看出，在①轉化為②的進程中，*CH3CHCH3+*H―→*CH3CHCH2+2*H的活化能最大，因此①轉化為②的進程中，決速步驟為*CH3CHCH3+*H―→*CH3CHCH2+2*H(或寫為*CH3CHCH3―→*CH3CHCH2+*H)，D錯誤。4.(2025·河北，12)氮化鎵(GaN)是一種重要的半導體材料，廣泛應用于光電信息材料等領域，可利用反應Ga2O3(s)+2NH3(g)??2GaN(s)+3H2O(g)制備。反應歷程(TS代表過渡態)如下：下列說法錯誤的是A.反應ⅰ是吸熱過程B.反應ⅱ中H2O(g)脫去步

驟的活化能為2.69eVC.反應ⅲ包含2個基元反應D.總反應的速控步包含在反應ⅱ中√

由反應歷程圖可知，反應ⅰ反應后相對能量增加0.05

eV，故反應ⅰ為吸熱反應，A正確；反應ⅱ中H2O(g)脫去的步驟即反應ⅱ的最后一步，活化能為3.39

eV-0.70

eV=2.69

eV，B正確；反應ⅲ歷程中存在兩個過渡態，故包含2個基元反應，C正確；由圖可知，整個反應歷程中，活化能最高的步驟是反應ⅲ中的TS7對應的步驟，其活化能為6.37

eV-3.30

eV=3.07

eV，故D錯誤。類型三

微觀粒子轉化模型(如圖)

體現原子的重新組合過程。5.(2025·晉陜青寧適應性演練)某團隊合成了一種鐵摻雜二氧化鈦的新型催化劑，用于轉化H2S為單質S，催化歷程示意圖如下。NA是阿伏加德羅常數的值。下列說法正確的是A.O2使Fe2+轉化成Fe3+，恢復催化劑活性B.過程①和④均發生了非極性鍵的斷裂C.過程②和③均發生了氧化還原反應D.理論上，每轉化34gH2S，轉移的電子數目為NA對點訓練√

根據圖示③④兩步歷程，可知O2使Fe2+轉化成Fe3+，恢復催化劑活性，A正確；過程①中沒有發生非極性鍵的斷裂，過程④中發生了O==O非極性鍵的斷裂，B錯誤；過程②中鐵元素化合價發生變化，發生氧化還原反應，過程③中沒有元素化合價變化，沒有發生氧化還原反應，C錯誤；根據圖示，該催化歷程的總反應為2H2S+O2

2S+2H2O，可知H2S~2e-，理論上，每轉化34

g(即1

mol)H2S，轉移的電子數目為2NA，D錯誤。6.CO和N2O在Fe+作用下轉化為N2和CO2，反應的能量變化及反應歷程如圖所示，兩步基元反應：①N2O+Fe+===N2+FeO+

K1，②CO+FeO+===CO2+Fe+

K2。下列說法不正確的是A.該反應的ΔH<0B.兩步反應中，決定總反應速

率的是反應①C.升高溫度，可提高N2O的平

衡轉化率D.Fe+增大了活化分子百分數，加快了化學反應速率，但不改變反應的ΔH√

如圖能量變化可知，生成物的總能量低于反應物的總能量，該反應為放熱反應，ΔH<0，A項正確；兩步反應均為放熱反應，總反應的化學反應速率由反應速率慢的基元反應決定，即由反應①決定，B項正確。類型四

循環催化機理圖1.反應歷程中化學鍵的變化在反應中，舊鍵斷裂與新鍵形成是同時進行的，形成中間過渡態。2.反應歷程中物質的變化(1)只進不出的是反應物(A―→…)，如①④；(2)只出不進的是產物(…―→M)，如②③；(3)先出后進的是中間體(…―→X，X―→…)，如⑥⑦⑧；(4)先進后出的是催化劑(R―→…，…―→R)，如⑤。7.(2025·河南，13)在MoS2負載的Rh-Fe催化劑作用下，CH4可在室溫下高效轉化為CH3COOH，其可能的反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是A.該反應的原子利用率為100%B.每消耗1molO2可生成1molCH3COOHC.反應過程中，Rh和Fe的化合價均發生

變化D.若以CD4為原料，用H2O吸收產物可得

到CD3COOH√對點訓練

分析題圖可知，該過程的總反應為2CO+O2+2CH4===2CH3COOH，故原子利用率為100%，A正確；根據總反應方程式知，每消耗1

mol

O2會生成2

mol

CH3COOH，B錯誤；分析題圖知，催化劑原子上可連接O原子、—OH、—CO、—COCH3，且反應過程中成鍵個數均發生變化，所以Rh和Fe的化合價發生改變，C正確；以CD4為原料，按照總反應方程式，應當生成CD3COOD，其在水溶液中存在平衡：CD3COOD??CD3COO-+D+，CD3COO-會與H2O電離出的H+結合生成CD3COOH，D正確。8.(2025·湖南，14)環氧化合物是重要的有機合成中間體，以鈦摻雜沸石為催化劑，由丙烯(

)為原料生產環氧丙烷(

)的反應機理如圖所示。下列說法正確的是A.過程中Ⅱ是催化劑B.過程中有極性鍵和非極性鍵

的斷裂和形成C.過程中Ti元素的化合價發生

了變化D.丙烯與雙氧水反應生成環氧丙烷的原子利用率為100%√

根據反應原理，Ⅰ先消耗再生成，是整個歷程的催化劑，Ⅱ先生成，再消耗，是中間產物，A錯誤；過程中存在H2O2中O—O非極性鍵的斷裂，以及O2中非極性鍵的形成，還存在O—H極性鍵的斷裂，以及C—O極性鍵的形成，B正確；過程中Ti的化學鍵(Ti—O)始終是4個，配位鍵不會改變Ti的化合價，故Ti元素的化合價不變，C錯誤；反應生成了H2O，且存在H2O2的分解反應，原子利用率小于100%，D錯誤。9.一種利用H2和O2直接合成H2O2的反應歷程如圖所示。下列說法錯誤的是A.總反應的原子利用率理論上可達100%B.步驟2中，若1molO2完全反應，則理

論上轉移電子數目為2NAC.

降低了反應的活化能，

加快了反應速率D.

和

中Pd的化合價不相同√

總反應為H2+O2

H2O2，故原子利用率理論上為100%，故A正確；步驟2為Pd+O2+2Cl-―→

，若1

mol

O2完全反應，則理論上轉移電子數目為2NA，故B正確；由反應歷程圖可知，

為催化劑，催化劑可降低反應的活化能，加快反應速率，故C正確；

中Cl元素化合價為-1價，則Pd元素為+2價，

中Cl元素化合價為-1價、O元素化合價為-1價，則Pd元素為+2價，Pd的化合價相同，故D錯誤。返回精練高頻考點提升關鍵能力課時精練對一對題號12345678答案ADCBCBCD題號9101112答案DBBA答案12345678910111213答案1234567891011121313.(1)2[Cu(NH3)2]++O2===[(NH3)2Cu—O—O—Cu(NH3)2]2+

(2)C1.(2025·河北衡水檢測)溫度為T時，在恒容密閉容器中進行反應：2X(g)+Y(g)??Z(g)+R(s)

ΔH>0，下列有關敘述正確的是A.向容器中充入少量氦氣，化學反應速率不變B.加入少量R(s)，逆反應速率增大C.升高溫度，正反應速率增大，逆反應速率減小D.壓縮容器的容積，單位體積內活化分子的百分數增大，化學反應速率

增大12345678910111213答案√12345678910111213答案

恒容密閉容器中進行反應，充入少量氦氣，原反應混合物的濃度不變，化學反應速率不變，A正確；加入少量R(s)，逆反應速率不變，B錯誤；升高溫度，反應物和生成物中活化分子百分數均增加，故正、逆反應速率均增大，C錯誤；壓縮容器的容積，原反應混合氣體的濃度增大，單位體積內活化分子的數目增加，化學反應速率增大，但活化分子的百分數不變，D錯誤。2.已知反應：2NO(g)+Br2(g)??2NOBr(g)

ΔH=-akJ·mol-1(a>0)，其反應機理如下：①NO(g)+Br2(g)??NOBr2(g)快②NO(g)+NOBr2(g)??2NOBr(g)慢下列有關該反應的說法正確的是A.該反應的反應速率主要取決于反應①的快慢B.NOBr2是該反應的催化劑C.增大Br2(g)濃度能增大活化分子百分數，加快反應速率D.正反應的活化能比逆反應的活化能小akJ·mol-112345678910111213答案√12345678910111213答案

反應速率主要取決于慢的一步，所以該反應的反應速率主要取決于反應②的快慢，故A錯誤；NOBr2是反應過程中的中間產物，不是該反應的催化劑，故B錯誤；增大Br2(g)濃度，活化分子百分數不變，但單位體積內的活化分子數目增多，所以能加快反應速率，故C錯誤；由于該反應為放熱反應，說明反應物的總能量高于生成物的總能量，所以正反應的活化能比逆反應的活化能小a

kJ·

mol-1，故D正確。3.科學家結合實驗與計算機模擬結果，研究出了均相催化的思維模型。總反應：A+B―→AB(K為催化劑)，①A+K―→AK

Ea1，②AK+B―→AB+K

Ea2。下列說法錯誤的是A.第①步為決速步驟B.升高溫度，該反應的速率加快C.該反應的ΔH=-EakJ·mol-1D.催化劑降低了活化能，加快了反應速率√12345678910111213答案

第①步的正反應活化能Ea1>第②步的正反應活化能Ea2，所以反應速率：①<②，而總反應速率取決于慢反應，故決速步驟為第①步，A正確；溫度升高，反應速率加快，B正確；Ea是該反應正反應的活化能，C錯誤；催化劑能降低反應的活化能，加快反應速率，D正確。12345678910111213答案4.南京師范大學李亞飛團隊發明了在常溫常壓條件下，通過電化學反應將N2和CO2轉化為尿素的綠色尿素合成方法，反應途徑如圖所示(圖中M2B2為二維金屬硼化物，M=Mo、Ti、Cr等過渡金屬，*代表吸附)。下列說法錯誤的是A.M2B2是該反應過程的催

化劑B.反應②的產物*COOH中

碳元素的化合價為+4C.該過程中有極性鍵和非極性鍵的斷裂D.該過程的總反應式為CO2+N2+6e-+6H+===NH2CONH2+H2O12345678910111213答案√12345678910111213答案

由圖可知，該過程的總反應為CO2+N2+6e-+6H+===NH2CONH2+H2O，M2B2既不是反應物也不是生成物，是該反應過程的催化劑，A、D正確；*COOH中H、O元素的化合價分別為+1價、-2價，根據正、負化合價的代數和為0可知碳元素的化合價為+3價，B錯誤；由圖可知，存在C==O極性鍵和N≡N非極性鍵的斷裂，C正確。

√12345678910111213答案12345678910111213答案

由圖可知，該反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，DMF的平衡轉化率增大，故A正確；反應放熱，則1

mol

DMF完全轉化為三甲胺，會釋放出1.02NA

eV的能量，故C錯誤。

√12345678910111213答案12345678910111213答案

CuO與Y反應生成Cu(OH)Cl，則Y為HCl，Cu(OH)Cl分解生成W和Cu2OCl2，則W為H2O，CuCl2分解為X和CuCl，則X為Cl2，CuCl和Z反應生成Cu2OCl2，則Z為O2。CuO在反應中作催化劑，會不斷循環，適量即可，B錯誤；總反應為放熱反應，其他條件一定，升溫平衡逆向移動，平衡常數減小，C正確；圖中涉及的兩個氧化還原反應是CuCl2→CuCl和CuCl→Cu2OCl2，D正確。7.(2023·廣東，15)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應R(g)??P(g)。反應歷程(如圖)中，M為中間產物。其他條件相同時，下列說法不正確的是A.使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行B.反應達平衡時，升高溫度，R的濃度增大C.使用Ⅱ時，反應體系更快達到平衡D.使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高

濃度更大√12345678910111213答案12345678910111213答案

由圖可知兩種催化劑均出現四個波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行，A正確；該反應是放熱反應，升高溫度平衡向左移動，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時反應速率更快，反應體系更快達到平衡，C錯誤；在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低反應速率較快，后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高反應速率較慢，所以使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大，D正確。8.催化劑在反應中能夠改變反應歷程，即改變反應速率。H2在催化劑(Pd/SVG)上還原NO生成N2和NH3的機理及活化能(kJ·mol-1)如圖所示。下列說法正確的是A.H2還原NO生成N2過程中，速率最

慢的步驟為⑦B.在Pd/SVG催化劑上，NO被H2還原

為N2比還原為NH3更容易C.決定NO生成NH3速率的基元反應為

NH2NO―→NHNOHD.生成NH3的各基元反應中，N元素均被還原√12345678910111213答案12345678910111213答案

H2還原NO生成N2過程中，活化能最大的是⑥，速率最慢的步驟為⑥，故A錯誤；NO被還原為N2的最大活化能明顯大于還原生成NH3的最大活化能，故在該催化劑作用下，NO被還原為NH3更容易，故B錯誤；生成NH3的基元反應中，NH2O+H―→NH2OH這一步活化能最大，是決定NO生成NH3速率的基元反應，故C錯誤；由圖可知，生成氨氣的過程為NO→HNO→NH2O→NH2OH→NH2→NH3，每步反應中N元素化合價均降低，被還原，故D正確。堿催化歷程：9.醛、酮在酸或堿的催化下生成偕二醇的反應歷程如下：酸催化歷程：12345678910111213答案

已知：部分羰基化合物的反應平衡常數如表所示。羰基化合物CCl3CHOHCHOCH3CHO平衡常數K>104>103≈1√12345678910111213答案

酸催化歷程的步驟Ⅰ中，帶正電荷的H+與電負性強的氧原子結合后，會使得碳氧雙鍵的共用電子對向氧原子偏向更多，導致碳氧雙鍵的極性增大，故A正確；H2O需要H+催化才能與羰基結合，OH-可直接與羰基結合，則與羰基反應的活性：OH->H2O，故B正確；根據表中的數據知，羰基連接的碳原子上含有吸電子基團時，其反應平衡常數大，氯原子是吸電子基團，吸電子基團越多，其平衡常數越大，所以無論酸或堿催化，生成偕二醇的平衡常數：CH3COCH3<CCl3COCH3<CCl3COCCl3，故C正確；12345678910111213答案12345678910111213答案

10.由CO2合成環狀碳酸酯的一種反應機理如圖所示。下列說法不正確的是A.轉化過程中涉及極性鍵的斷裂與形成B.根據雜化軌道理論，上述轉化過程

中的含碳化合物碳原子的雜化方式

為sp2和sp3C.化合物1的陽離子體積大，所含離

子鍵較弱，其常溫下可能為液態D.可按照該反應機理與CO2反

應生成12345678910111213答案√12345678910111213答案

轉化過程中涉及碳氧極性鍵的斷裂，碳溴極性鍵的形成，A正確；

根據雜化軌道理論，上述轉化過程中的含碳化合物中飽和碳原子為sp3雜化，酯基碳為sp2雜化，二氧化碳中碳為sp雜化，B錯誤；由歷程可知，二氧化碳中的碳和環氧乙烷中的氧結合形成環狀碳酸酯，則

可按照該反應機理與CO2反應生成

，D正確。

12345678910111213答案√

12345678910111213答案12.(2025·湖南湘西調研)自由基也稱游離基，是化合物分子在特