2020年高考化学命题热点：反应历程试题(过渡态理论、活化能、能垒)

2020年高考化学命题热点：反应历程试题（过渡态理论、活化能、能垒）课程标准要求：了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。

高考题中通过反应历程图考查催化剂是一个什么的演变过程，下面通过一系列的高考题就可以看出一点端倪。

一、题源——教材中的示意图1、苏教版如图:图中：Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能，反应热为△H ＝Ea－Ea′。

注意：图中使用催化剂时的活化能为Ea1。

示意图中有两个峰。

2、人教版、鲁科版二、高考题考查的演变1、（2011全国大纲卷，T9）反应A＋B→C(△H<0)分两步进行：①A＋B→X(△H>0)，②X→C(△H<0)。

下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是【答案】D【解析】由反应A＋B→C(△H＜0)分两步进行①A＋B→X(△H＞0)②X→C(△H＜0)可以看出，A＋B→C(△H＜0)是放热反应，A和B的能量之和C，由①A＋B→X(△H＞0)可知这步反应是吸热反应，X→C(△H＜0)是放热反应，故X的能量大于A＋B；A＋B的能量大于C，X的能量大于C。

2、（2011江苏卷，T4）某反应的反应过程中能量变化如图1所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。

下列有关叙述正确的是A．该反应为放热反应B．催化剂能改变该反应的焓变C．催化剂能降低该反应的活化能D．逆反应的活化能大于正反应的活化能【答案】C【解析】A项，从图中看，反应物的总能量低于生成物的能量，故为吸热反应，错；B项，焓变是指反应物与生成物之间的能量差值，与反应过程无关，错；C项，加入催化剂之后，E2变小，说明活化能减小了，正确；D项，正、逆反应的活化能大小不变，错。

3、（2014·海南单科化学卷，T8）某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是A、反应过程a有催化剂参与B、该反应为放热反应，热效应等于△HC、改变催化剂，可改变该反应的活化能D、有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1 E2【答案】BC【解析】A、由图可知，反应过程a需要的活化能比b要高，所以a没有催化剂参与，A错误；B、由图可知，该反应中，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应属于放热反应，反应的热效应等于反应物与生成物能量之差，即△H，B正确；C、使用催化剂，改变了反应进行的途径，降低了反应的活化能，C正确。

有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1，D错误；4、（2014·北京卷，T9）最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。

反应过程的示意图如下；下列说法中正确的是A、CO和O生成CO2是吸热反应B．在该过程中，CO断键形成C和OC．CO和O生成了具有极性共价键的CO2D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程【答案】C【解析】根据能量--反应过程的图像知，状态I的能量高于状态III的能量，故该过程是放热反应，A错误；根据状态I、II、III可以看出整个过程中CO中的C和O形成的化学键没有断裂，故B错误；由图III可知，生成物是CO2，具有极性共价键，故C正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程，故D错误。

5、（2015·海南单科化学卷，T16）由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1molN2，其△H＝____________kJ·mol¯1。

解析：根据图像可知N2O与NO反应生成氮气和二氧化氮的反应热为（209-348）kJ/mol=-109kJ/mol。

6、（2015·海南单科化学卷，T11）由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。

下列说法正确的是()A．由X→Y反应的ΔH＝E5−E2B．由X→Z反应的ΔH<0C．降低压强有利于提高Y的产率D．升高温度有利于提高Z的产率【答案】BC【解答】A．根据化学反应的实质，由X→Y反应的△H=E3﹣E2，故A错误；B．由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由反应的△H ＜0，故B正确；C．根据化学反应2X（g）＝3Y（g），该反应是气体系数和增加的可逆反应，降低压强，平衡正向移动，有利于提高Y的产率，故C正确；D．由B分析可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Z的产率降低，故D错误．7、（2018·北京卷，T7）我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH 的催化反应历程。

该历程示意图如下。

下列说法不正确的是A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%B．CH4→CH3COOH过程中，有C―H键发生断裂C．①→②放出能量并形成了C―C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率【答案】D【解析】A. CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4 CO2＝CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A正确；CH4选择性活化变为①的过程中，有1个C-H键断裂，B正确；C．根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量; 对比①和②，①→②形成C-C键，C正确；D.催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D错误。

8、（2018·海南卷，T12）炭黑是雾霾中和重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如右图所示。

活化氧可以快速氧化二氧化硫。

下列说法正确的是A．每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVC．氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程D．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂【答案】CD解析：由活化过程的能量变化模拟图可知，每活化一个氧分子放出0.29eV的能量，A项错误；水可使氧分子活化反应的活化能降低包括两部分，类似前面示意图中的两个峰，但是活化能变化是第一个。

所以炭黑与氧气生成中间产物使活化能降低0.18eV，B项错误；结合图示，比较反应物与目标物质的结构可知，C项正确；根据“活化氧可以快速氧化二氧化硫”可以判定，D项正确。

9、（2019·全国1卷，T28）（3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用标注。

可知水煤气变换的ΔH________0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E 正＝_________eV，写出该步骤的化学方程式_______________________。

（3）由题中图示可知水煤气变换时反应前相对能量0eV，反应后相对能量-0.72eV，反应为放热反应，故△H小于零。

该历程中最大的能垒（活化能）应是COOH* H* H2O*=COOH* 2H* OH*反应时由相对能量-0.16eV升至1.86eV 的过渡态2再降至1.41eV。

E正=1.86－（－0.16）=2.02(ev)。

题中设问“该历程中最大能垒（活化能）”，需要对活化能加深认知，为能量上升阶段，（爬坡阶段）可知最大的活化能为﹣0.16到1.86阶段。

10、（2020北京新高考测试题5）最近，中国科学院大连化物所CO2 催化转化为 CO 的研究获得新成果。

下图是使用不同催化剂（NiPc 和 CoPc）时转化过程中的能量变化，下列说法不合理．．．的是．．A．转化过程中有极性键形成B．·CO2 经氧化反应得到·COOHC．吸附在 NiPc 或 CoPc 表面带有相同基团的物种其能量不同D．该研究成果将有利于缓解温室效应并解决能源转化问题选B11.（2020山东新高考测试）热催化合成氨面临的两难问题是：釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3 产率降低。

我国科研人员研制了 Ti・H・Fe双温区催化剂（Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100°C）。

Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，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.①为氮氮三键的断裂过程B.①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生C.④为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应【答案】BC【解析】A选项，经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，所以A错误。

B选项，①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温时进行。

④⑤在低温区进行是为了增加平衡产率，所以B正确。

C选项，由题中图示可知，过程④完成了Ti-H-Fe-*N到Ti-H-*N-Fe两种过渡态的转化，N原子由Fe区域向Ti-H区域传递。

C正确。

D选项，化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，所以D错误。

三、启示1、反应示意图由简单变复杂。

前面只考查反应物生成物相对能量的大小，判断放热吸热反应。

通过示意图波峰高低来判断有无催化剂。

2、单峰变双峰。

考查我们哪个峰才是催化剂改变的活化能。

3、示意图与物质的分子模型结合，加大信息的干扰作用。

4、示意图由定性判断变成定量计算焓变。

5、示意图变成能垒图，通过相对能量来计算活化能。

1．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示，活化氧可以快速氧化二氧化硫。

下列说法错误的是()A．氧分子的活化包括O－O 键的断裂与C－O 键的生成B．每活化一个氧分子放出0.29eV 的能量C．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVD．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂【答案】C【解析】A 项，由图可知，氧分子的活化是O－O 键的断裂与C－O 键的生成过程，正确；B项，由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此每活化一个氧分子放出0.29eV 的能量，正确；C项，由图可知，水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18eV，错误；D项，活化氧可以快速氧化二氧化硫，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂，正确。

2．水煤气变换反应为：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)。

我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用标注。

下列说法正确的是（）A．水煤气变换反应的ΔH>0B．步骤③的化学方程式为：CO●+OH●+H2O(g)=COOH●+H2O●C．步骤⑤只有非极性键H-H 键形成D．该历程中最大能垒（活化能）E 正=1.70eV【答案】B【解析】A 项，图象分析可知水煤气的生成过程经过了过渡态 1 和过渡态 2，最后生成产物的能量低于反应物，反应的焓变ΔH 小于 0，错误；B 项，结合此图分析判断，③是发生的过渡反应：CO●+OH●+H 2O(g)=COOH●+H 2O●，正确；C 项，步骤⑤中 H-O 键原反应物中已经存在，则形成的化学键包括极性键 C=O ，非极性键 H-H 键形成，错误；D 项，该历程中最大能垒(活化能)E 正=1.86eV-(-0.16eV)=2.02eV ，错误。