专题06化学反应中的能量变化和反应机理-三年（2022-2024）高考化学真题分类汇编（全国通用）（教师卷）_近10年高考真题汇编（必刷）

专题 06 化学变化中的能量变化和反应机理 考点 三年考情（2022-2024） 命题趋势 高考中有关化学反应的热效应内容的考查 在选择题和主观题中都会涉及，在选择题 ◆化学反应中的能量变化：2024安徽卷、 中考查的主要形式有两种：一是考查简单 2024湖南卷、2023湖北卷、2022天津卷、 的化学反应能量变化形式和能源对自然环 2022广东卷、2022浙江卷、2022重庆卷 考点1 化学反 境和社会发展的影响；二是以陌生的化学 ◆化学反应历程、机理：2024浙江卷、 应中的能量变 反应机理图为载体进行考查，涉及的知识 2024甘肃卷、2024北京卷、2024广东卷、 化 点较多，如氧化还原反应、化学键的判 2024河北卷、2023新课标卷、2023湖南 断、方程式的书写等。随着新高考单科卷 卷、2023浙江卷、2022湖南卷、2022山东 的实行，对应化学反应的热效应的考查也 卷 会有所增加，有关焓变的比较和热化学方 程式的判断会增加考查。 考法01 化学反应中的能量变化 1. （2024·安徽卷）某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应：X(g)  Y(g)(ΔH <0)， 1 Y(g)  Z(g)(ΔH<0)，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是 2 A B. .C. D. 【答案】B 【分析】由图可知，反应初期随着时间的推移X的浓度逐渐减小、Y和Z的浓度逐渐增大，后来随着时间 的推移X和Y的浓度逐渐减小、Z的浓度继续逐渐增大，说明X(g) Y(g)的反应速率大于Y(g) Z(g)的 反应速率，则反应X(g) Y(g)的活化能小于反应Y(g) Z(g)的活化能。 【解析】A．X(g) Y(g)和Y(g) Z(g) 的∆H都小于0，而图像显示Y的能量高于X，即图像显示X(g) Y(g)为吸热反应，A项不符合题意； B．图像显示X(g) Y(g)和Y(g) Z(g)的∆H都小于0，且X(g) Y(g)的活化能小于Y(g) Z(g)的活 化能，B项符合题意； C．图像显示X(g) Y(g)和Y(g) Z(g)的∆H都小于0，但图像上X(g) Y(g)的活化能大于Y(g) Z(g)的活化能，C项不符合题意； D．图像显示X(g) Y(g)和Y(g) Z(g)的∆H都大于0，且X(g) Y(g)的活化能大于Y(g) Z(g)的活 化能，D项不符合题意； 选B。 2. （2024·湖南卷）近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展，下列说法错误的是 A. 理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点 B. 氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点 C. 锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌 D. 太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置 【答案】D 【解析】A．理想的新能源应具有可再生、无污染等特点，故A正确； B．氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能，对氢气与氧气反应的能量进行利用，减小了直接燃烧 的热量散失，产物无污染，故具有能量转化率高、清洁等优点，B正确； C．脱嵌是锂从电极材料中出来的过程，放电时，负极材料产生锂离子，则锂离子在负极脱嵌，则充电时， 锂离子在阳极脱嵌，C正确； D．太阳能电池是一种将太阳能能转化为电能的装置，D错误； 本题选D。 3．（2023·湖北卷）2023年5月10日，天舟六号货运飞船成功发射，标志着我国航天事业进入到高质量发 展新阶段。下列不能作为火箭推进剂的是 A．液氮-液氢 B．液氧-液氢 C．液态 -肼 D．液氧-煤油 【答案】A【解析】A．虽然氮气在一定的条件下可以与氢气反应，而且是放热反应，但是，由于 键能很大， 该反应的速率很慢，氢气不能在氮气中燃烧，在短时间内不能产生大量的热量和大量的气体，因此，液氮- 液氢不能作为火箭推进剂，A符合题意； B．氢气可以在氧气中燃烧，反应速率很快且放出大量的热、生成大量气体，因此，液氧-液氢能作为火箭 推进剂，B不符合题意； C．肼和 在一定的条件下可以发生剧烈反应，该反应放出大量的热，且生成大量气体，因此，液态 -肼能作为火箭推进剂，C不符合题意； D．煤油可以在氧气中燃烧，反应速率很快且放出大量的热、生成大量气体，因此，液氧-煤油能作为火箭 推进剂，D不符合题意； 综上所述，本题选A。 4．（2022·天津卷）一定条件下，石墨转化为金刚石吸收能量。下列关于石墨和金刚石的说法正确的是 A．金刚石比石墨稳定 B．两物质的碳碳 键的键角相同 C．等质量的石墨和金刚石中，碳碳 键数目之比为4∶3 D．可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨 【答案】D 【解析】A．石墨转化为金刚石吸收能量，则石墨能量低，根据能量越低越稳定，因此石墨比金刚石稳定， 故A错误； B．金刚石是空间网状正四面体形，键角为109°28′，石墨是层内正六边形，键角为120°，因此碳碳 键的 键角不相同，故B错误； C．金刚石是空间网状正四面体形，石墨是层内正六边形，层与层之间通过范德华力连接，1mol金刚石有 2mol碳碳 键，1mol石墨有1.5mol碳碳 键，因此等质量的石墨和金刚石中，碳碳 键数目之比为 3∶4，故C错误； D．金刚石和石墨是两种不同的晶体类型，因此可用X射线衍射仪鉴别，故D正确。 综上所述，答案为D。 5．（2021·广东卷）“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学，长征系列运 载火箭使用的燃料有液氢和煤油等化学品。下列有关说法正确的是 A．煤油是可再生能源 B． 燃烧过程中热能转化为化学能 C．火星陨石中的 质量数为20 D．月壤中的 与地球上的 互为同位素 【答案】C 【解析】A．煤油来源于石油，属于不可再生能源，故A错误； B．氢气的燃烧过程放出热量，将化学能变为热能，故B错误； C．元素符号左上角数字为质量数，所以火星陨石中的 20Ne 质量数为20，故C正确； D．同位素须为同种元素，3He 和 3H的质子数不同，不可能为同位素关系，故D错误；故选C。 6．（2022·浙江卷）标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表： 物质(g) O H HO HOO H O H O H O 2 2 2 2 2 24 能量/kJmol-1 218 39 10 0 0 136 242 9 可根据HO(g)+HO(g)=H O (g)计算出H O 中氧氧单键的键能为214kJmol-1。下列说法不正确的是 2 2 2 2 A．H 的键能为436kJmol-1 2 B．O 的键能大于H O 中氧氧单键的键能的两倍 2 2 2 C．解离氧氧单键所需能量：HOOClCHCOOCH CH 2 2 3 2 2 3 D. 与OH-反应、 与18OH-反应，两者所得醇和羧酸盐均不同 【答案】D 【解析】 【解析】A．步骤Ⅰ是氢氧根离子与酯基中的 作用生成羟基和O-，A正确； B．步骤Ⅰ加入氢氧根离子使平衡Ⅰ正向移动，氢氧根离子与羧基反应使平衡Ⅱ也正向移动，使得酯在 NaOH溶液中发生的水解反应不可逆，B正确； C．从信息②可知，随着取代基R上Cl个数的增多，水解相对速率增大，原因为Cl电负性较强，对电子的 吸引能力较强，使得酯基的水解速率增大，F的电负性强于Cl，FCH 对电子的吸引能力更强，因此酯的水 2 解速率 ，C正确；D． 与氢氧根离子反应，根据信息①可知，第一步反应后18O既存在于羟基中也存在于 O-中，随着反应进行，最终18O存在于羧酸盐中，同理 与18OH-反应，最终18O存在于羧 酸盐中，两者所得醇和羧酸盐相同，D错误； 故答案选D。 9．(2024·甘肃卷) 甲烷在某含 催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是 A. B. 步骤2逆向反应的 C. 步骤1的反应比步骤2快 D. 该过程实现了甲烷的氧化 【答案】C 【解析】 【解析】A．由能量变化图可知， ，A项正确； B．由能量变化图可知，步骤2逆向反应的 ，B项正确； C．由能量变化图可知，步骤1的活化能 ，步骤2的活化能 ， 步骤1的活化能大于步骤2的活化能，步骤1的反应比步骤2慢，C项错误； D．该过程甲烷转化为甲醇，属于加氧氧化，该过程实现了甲烷的氧化，D项正确； 故选C。 10．（2024·北京卷）可采用 催化氧化法将工业副产物 制成 ，实现氯资源的再利用。反应 的热化学方程式： 。下图所示为该法的一种催化 机理。下列说法不正确的是（ ） A．Y为反应物 ，W为生成物 B．反应制得 ，须投入 C．升高反应温度， 被 氧化制 的反应平衡常数减小 D．图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应 【答案】B 【解析】结合反应机理分析，X、Y、Z、W依次是 、 、 、 ，A正确； 在反应中作 催化剂，会不断循环，适量即可，B错误；总反应为放热反应，其他条件一定，升温平衡逆向移动，平衡 常数减小．C正确；图中涉及的两个氧化还原反应是 和 ，D正确。 11．(2024·北京卷)苯在浓 和浓 作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确 的是（ ） A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ B．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物 C．由苯得到M时，苯中的大 键没有变化 D．对于生成Y的反应，浓 作催化剂 【答案】C 【解析】生成产物Ⅱ的反应的活化能更低，反应速率更快，且产物Ⅱ的能量更低即产物Ⅱ更稳定，以上2 个角度均有利于产物Ⅱ，A正确；根据前后结构对照，X为米的加成产物，Y为苯的取代产物，B正确； M的六元环中与 相连的C为 杂化，苯中大 键发生改变，C错误；苯的硝化反应中浓 作催化剂，D正确。 12. （2024·广东卷）对反应 (I为中间产物)，相同条件下：①加入催化剂，反应达到平衡所需时间大幅缩短；②提高反应温度， 增大， 减小。基于以上事实，可能的反应 历程示意图(——为无催化剂，------为有催化剂)为 A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【解析】提高反应温度， 增大，说明反应 的平衡逆向移动，即该反应为放热反 应， 减小，说明S生成中间产物I的反应平衡正向移动，属于吸热反应，由此可排除C、D 选项，加入催化剂，反应达到平衡所需时间大幅缩短，即反应的决速步骤的活化能下降，使得反应速率大 幅加快，活化能大的步骤为决速步骤，符合条件的反应历程示意图为A，故A正确， 故选A。 13.（2024·河北卷） 我国科技工作者设计了如图所示的可充电 电池，以 为电解质， 电解液中加入1，3-丙二胺( )以捕获 ，使放电时 还原产物为 。该设计克服了 导电性差和释放 能力差的障碍，同时改善了 的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性 能。 对上述电池放电时 的捕获和转化过程开展了进一步研究，电极上 转化的三种可能反应路径及相 对能量变化如图(*表示吸附态)。下列说法错误的是 A. 捕获 的反应为 B. 路径2是优先路径，速控步骤反应式为 C. 路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同；路径2、3起始物相同但产物不同 D. 三个路径速控步骤均涉及 转化，路径2、3的速控步骤均伴有 再生 【答案】D 【解析】．根据题给反应路径图可知， (1，3-丙二胺)捕获 的产物为 ，因此 捕获 的反应为 ，故A正确； B．由反应进程－相对能量图可知，路径2的最大能垒最小，因此与路径1和路径3相比，路径2是优先路 径，且路径2的最大能垒为 的步骤，据反应路径2的图示可知，该步骤有 参与反应，因此速控步骤反应式为 ，故B 正确； C．根据反应路径图可知，路径1、3的中间产物不同，即经历了不同的反应步骤，但产物均为 ， 而路径2、3的起始物均为 ，产物分别为 和 ，故C正确；D．根据反应路径与相对能量的图像可知，三个路径的速控步骤中 都参与了反应，且由B项分析可 知，路径2的速控步骤伴有 再生，但路径3的速控步骤为 得电子转化为 和 ，没有 的生成，故D错误； 故答案为：D。 14．（2023·新课标卷）“肼合成酶”以其中的 配合物为催化中心，可将 与 转化为肼( )，其反应历程如下所示。 下列说法错误的是 A． 、 和 均为极性分子 B．反应涉及 、 键断裂和 键生成 C．催化中心的 被氧化为 ，后又被还原为 D．将 替换为 ，反应可得 【答案】D 【解析】A．NH OH，NH ，HO的电荷分布都不均匀，不对称，为极性分子，A正确； 2 3 2 B．由反应历程可知，有N－H，N－O键断裂，还有N－H键的生成，B正确； C．由反应历程可知，反应过程中，Fe2+先失去电子发生氧化反应生成Fe3+，后面又得到电子生成Fe2+，C 正确； D．由反应历程可知，反应过程中，生成的NH NH 有两个氢来源于NH ，所以将NH OH替换为ND OD， 2 2 3 2 2 不可能得到ND ND ，得到ND NH 和HDO，D错误； 2 2 2 2 故选D。 15．（2023·湖南卷） 是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合 成的某 (Ⅱ)催化剂(用 表示)能高效电催化氧化 合成 ，其反应机理如图所示。下列说法错误的是 A． (Ⅱ)被氧化至 (Ⅲ)后，配体 失去质子能力增强 B．M中 的化合价为 C．该过程有非极性键的形成 D．该过程的总反应式： 【答案】B 【解析】A． (Ⅱ)被氧化至 (Ⅲ)后， 中的 带有更多的正电荷，其与N原子成键后， 吸引电子的能力比 (Ⅱ)强，这种作用使得配体 中的 键极性变强且更易断裂，因此其失去 质子（ ）的能力增强，A说法正确； B． (Ⅱ)中 的化合价为+2，当其变为 (Ⅲ)后， 的化合价变为+3， (Ⅲ)失去2个质子后，N原 子产生了1个孤电子对， 的化合价不变；M为 ，当 变为M时，N原子 的孤电子对拆为2个电子并转移给 1个电子，其中 的化合价变为 ，因此，B说法不正确； C．该过程M变为 时，有 键形成， 是非极性键，C说法正确； D．从整个过程来看， 4个 失去了2个电子后生成了1个 和2个 ， (Ⅱ)是催化剂，因此， 该过程的总反应式为 ，D说法正确；综上所述，本题选B。 16．（2023·浙江卷）标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知 和 的相对能量为0]，下列说法不正确的是A． B．可计算 键能为 C．相同条件下， 的平衡转化率：历程Ⅱ>历程Ⅰ D．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为： 【答案】C 【分析】对比两个历程可知，历程Ⅱ中增加了催化剂，降低了反应的活化能，加快了反应速率。 【解析】A．催化剂能降低活化能，但是不能改变反应的焓变，因此 ，A正确； B．已知 的相对能量为0，对比两个历程可知， 的相对能量为 ，则 键 能为 ，B正确； C．催化剂不能改变反应的平衡转化率，因此相同条件下， 的平衡转化率：历程Ⅱ=历程Ⅰ，C错误； D．活化能越低，反应速率越快，由图像可知，历程Ⅱ中第二步反应的活化能最低，所以速率最快的一步 反应的热化学方程式为： ，D正确； 故答案为：C。 17．（2022·湖南卷）反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示： 下列有关四种不同反应进程的说法正确的是 A．进程Ⅰ是放热反应 B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用 【答案】AD 【解析】A．由图中信息可知，进程Ⅰ中S的总能量大于产物P的总能量，因此进程I是放热反应，A说法 正确； B．进程Ⅱ中使用了催化剂X，但是催化剂不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B 说法不正确； C．进程Ⅲ中由S•Y转化为P•Y的活化能高于进程Ⅱ中由S•X转化为P•X的活化能，由于这两步反应分别 是两个进程的决速步骤，因此生成P的速率为Ⅲ<Ⅱ，Ｃ说法不正确； D．由图中信息可知，进程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S•Z，然后S•Z转化为产物P•Z，由于P•Z没有转化为 P＋Z，因此，Z没有表现出催化作用，D说法正确； 综上所述，本题选AD。18．（2022·山东卷）在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的 是 A．含N分子参与的反应一定有电子转移 B．由NO生成 的反应历程有2种 C．增大NO的量， 的平衡转化率不变 D．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少 【答案】D 【解析】A．根据反应机理的图示知，含N分子发生的反应有NO+∙OOH=NO+∙OH、 2 NO+NO +H O=2HONO、NO +∙C H=C H+HONO、HONO=NO+∙OH，含N分子NO、NO 、HONO中N元 2 2 2 3 7 3 6 2 素的化合价依次为+2价、+4价、+3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有 电子转移，A项正确； B．根据图示，由NO生成HONO的反应历程有2种，B项正确； C．NO是催化剂，增大NO的量，C H 的平衡转化率不变，C项正确； 3 8 D．无论反应历程如何，在NO催化下丙烷与O 反应制备丙烯的总反应都为2C H+O 2 3 8 2 2C H+2H O，当主要发生包含②的历程时，最终生成的水不变，D项错误； 3 6 2 答案选D。