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热点04 化学反应机理探究与分析
1.理解基元反应、过渡态理论相关知识点
（1）基元反应
大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应都称为基元反应。
（2）对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k 称为速率常数，恒温
下，k 不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化
学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律。
（3）许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂
反应。例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
I
①2
I＋I(快)
H
②
2＋2I === 2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
（4）过渡态理论
如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。
（1）该反应的反应物为A、B，中间体为C，生成物为D。
（2）由A、B 生成C 的反应为吸热反应，由C 生成D 的反应为放热反应，总反应为放热反应。
（3）第一步为慢反应，第二步为快反应，决定总反应快慢的是第一步反应。
2.掌握经典图示解析方法
（1）回归教材中的经典图示
反应历程与活化能
催化剂对反应历程与活化能影响
1
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（2）常见反应历程(或机理)图像分析
图像
解读
催化剂与化学反应
（1）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；E1－E2为此反应的焓变(ΔH)。
（2）有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤(也可能为
多个，如模拟演练题1 中图像所表示的)，反应①为吸热反
应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反
应为放热反应。
（3）催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应是
放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生
成物)能量的相对大小
“环式”反应
对于“环式”反应过程图像，位于“环上”的物质一般是
催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧，“入环”的物质为
反应物，如①和④，“出环”的物质为生成物，如②和③
2
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1,2-丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理
催化剂与中间产物
催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又
再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有发生变化，实
则是消耗多少后续又生成了多少。
中间产物：在连续反应中为第一步的产物，在后续反应中
又作为反应物被消耗，所以仅从结果上来看似乎并没有生
成，实则是生成多少后续有消耗多少。
例1：在含少量 I-的溶液中，H2O2 分解的机理为：
H2O2 + I- → H2O + IO- 慢
H2O2 + IO-→ O2 + I- +H2O 快
在该反应中I-为催化剂， IO-为中间产物。
例2：而在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般
是通过一个箭头进入整个历程的物质，(产物一般多是通过
一个箭头最终脱离这个历程的物质)与之同时反应的就是催
化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则
是这个循环中的任何一个环节。如下图中，MoO3则是该反
应的催化剂，图中剩余的三个物质均为中间产物。
能垒与决速步骤
能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的
为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也成
为慢反应。
例如图中，从第一个中间态到过渡态2 的能量就是能垒，
而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh 做催化剂时该历程的决速
步骤。
注意：
①能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反
应为决速反应。
②用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越
大，说明催化效果越好。
③相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反
应，反应速率越大，产物占比越高。
3.掌握催化反应机理题的解题思路
（1）通览全图，找准一“剂”三“物”
一“剂”指催化剂
催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物
种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应
物、生成物、中间
反应物
通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物
生成物
通过一个箭头最终脱离整个历程的物质多是产物
3
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物种(或中间体)
中间体
通过一个箭头脱离整个历程，但又生成的是中间体，通过两个箭头进
入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[
]”标出
（2）逐项分析得答案
根据第一步由题给情境信息，找出催化剂、反应物、生成物、中间体，再结合每一选项设计的问题逐项分
析判断，选出正确答案。
（3）重新认识催化剂
①催化剂具有的三大特征
催化剂是通过降低反应活化能，从而改变了反应的途径，此即催化剂加速化学反应的主要原因所在。总结
起来，催化剂的特征主要表现在这样几个方面：
第一，催化剂可以改变反应速率，但其自身在反应前后的组成、质量和化学性质不变。
第二，催化剂不改变化学平衡。即催化剂既能加快正向反应的速率，也能加快逆向反应的速率，从而缩短
化学反应达到平衡的时间。
第三，催化剂具有特殊的选择性，不同类型的反应，需要选择不同的催化剂。同一种反应物，使用不同的
催化剂，可以得到不同的产物。
②常见催化剂的四大误区
误区
1
催化剂不参
加化学反应
实际上，催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，催化剂的化
学性质基本不变。例如在铜催化乙醇生成乙醛的反应中，铜参与反应的原
理如下：
第一步为2Cu＋O2===2CuO，
第二步为CuO＋CH3CH2OH→Cu＋CH3CHO＋H2O，这两步反应方程式的加
和为O2＋2CH3CH2OH→CH3CHO＋2H2O。显然催化剂参与了化学反应。
误区
2
一种反应只
有一种催化
剂
实际上一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高的，对环
境污染小，成本低的催化剂，如双氧水分解的催化剂可以是二氧化锰，也
可以是氯化铁，当然还可以硫酸铜等。
误区
3
催化剂都是
加快化学反
应速率
实际上，催化剂有正催化剂与负催化剂，正催化剂加快化学反应速率，负
催化剂是减慢化学反应速率的。
误区
4
催化剂的效
率与催化剂
的量无关
实际上，催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂
的表面积，催化剂的浓度大小必然影响化学反应速率。比如用酵母催化剂
做食品，酵母量大自然面就膨大快。催化剂的用量是会改变催化效率的。
（建议用时：40 分钟）
考向
01
相对能量变化图
4
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1．（2025·辽宁沈阳·期中）科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了合成氨的反应历程，如图所示。其
中吸附在催化剂表面的物质用*表示，TS 表示过渡态。下列说法正确的是
A．图示历程包含了9 个基元反应
B．
反应的
，说明H—H 键断裂放出热量
C．实际工业生产中，合成氨一般采用的温度为400~500℃，是为了提高氨气产率
D．原料气
，平衡时，氨气的体积分数为20%，则氮气的转化率约为33.3%
2．（2025·辽宁·期中）氢气可将
还原为甲烷，反应为
。科研人员结
合实验与计算机模拟结果，研究了在
催化剂表面上
与
的反应历程，前三步历程如图所示，
其中吸附在
催化剂表面用“ ”标注，Ts 表示过渡态。下列说法正确的是
A．吸附在催化剂表面的物质形成过渡态的过程会放出热量
B．反应历程中活化能最小步骤的反应为：
C．三步历程均为放热过程
D．已知断开1molH—H 键、1molN—H 键、1mol
键需要的能量分别是436kJ、391kJ、946kJ，则
与
反应生成
的热化学方程式是
5
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3．（2025·长春二中·四调）碳酸二甲酯DMC(CH3OCOOCH3)是一种低毒、性能优良的有机合成中间体，
科学家提出了新的合成方案(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)，反应机理如图所示。
下列说法错误的是
A．反应进程中决速步骤的能垒为1.257
B．反应过程中有极性键的断裂与生成
C．第2 步的基元反应方程式为：
D．升高温度，合成碳酸二甲酯反应速率增加，平衡向逆反应方向移动
4．（2025·黑龙江·联考）以太阳能为驱动力，在介导上产生空穴
(空穴是指共价键上流失一个电子，最
后在共价键上留下空位的现象)，在室温条件下可将氮气转化为氨气，其工作原理如下。下列说法错误的是
A．该过程中能量变化是光能转化为化学能
B．该工艺可能生成副产物氢气
C．生成氨气的总反应：
D．
上产生
，
上产生
(标准状况)
考向
02
催化剂过渡态变化图
5．（2025·辽宁大连·期中）
可活化
放出
，其反应历程如下图所示：
6
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下列关于活化历程的说法正确的是
A．该反应的决速步是：中间体2→中间体3
B．只涉及极性键的断裂和生成
C．
是该反应的催化剂
D．该反应的热化学方程式为：
6．（2025·黑龙江哈尔滨·期中）一定条件下，
与
反应合成
的反应历程如图所示。已知其
他条件不变时，直接参与化学键变化的元素被质量数更大的同位素替换时，反应速率会变慢。说明：过渡
态中“_______”表示化学键未完全断裂或形成。下列说法正确的是
A．
是该反应的催化剂
B．过渡态Ⅰ稳定性强于过渡态Ⅱ
C．该反应中既有极性键的断裂又有极性键的生成
D．
与
发生上述反应，氘代甲醇的产量
7．（2025·哈师大附中·期中）三氟甲苯(
)与浓硝酸反应可生成
和
，该反应历程中
生成两种中间体的能量变化示意图如下，下列说法错误的是
7
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A．从能量角度分析，中间体2 比中间体1 更稳定
B．三氟甲苯与浓硝酸反应生成
和
的原子利用率均为100%
C．根据图像可知，三氟甲苯与浓硝酸反应生成中间体2 更快
D．三氟甲苯与
生成中间体1 和中间体2 的过程均吸热
8．（2025·辽宁名校联盟·联考）目前工业上采用甲醇和一氧化碳反应制备乙酸：
CH3OH+CO→CH3COOH。以阴离子
为催化剂、以碘甲烷为助催化剂合成乙酸的示意图
如下：
已知A 为平面结构。下列说法错误的是
A．化合物A 与
是同分异构体
B．由C 生成D 的过程中是以CO 作为配体与Rh 形成配位键
C．如果将C18O 充入反应体系中，
18O 只出现在乙酸中
D．由E 生成CH3COOH 的反应是取代反应
考向
03
反应机理图分析
8
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9．（2025·黑龙江省实验中学）科学家发现某些生物酶体系可以促进H+和e-的转移(如a、b 和c)，能将海
洋中的NO 转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。下列说法错误的是
A．过程Ⅰ中NO 被还原
B．NO 是该转化过程的一种中间产物
C．过程Ⅱ中参与反应的n(NO) n(NH
∶
)=1 4∶
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO +NH =N2↑+2H2O
10．（2025·辽宁省实验中学·期中）如下为氟利昂(如
)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法错误
的是
A．过程I 中只有极性键的断裂
B．由过程II 可知
是催化剂
C．过程III 中
键断裂是吸热过程，
键形成是放热过程
D．过程II 和III 的总反应可表示为
11．（2025·辽宁省实验中学·期末）据文献报道，我国学者提出
氧化
生成
的反应历程如图所
示。下列有关该历程的说法错误的是
9
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A．基态Br 原子最高能级原子轨道的形状为哑铃形
B．中间体
的电子式为
C．步骤②中，既有极性键又有非极性键断裂
D．步骤③中，每生成
转移
电子
12．（2025·辽宁点石联考·二模）将
和空气的混合气体通入
、
和HCl 的混合溶液中反应回
收S，其物质转化历程如图所示。下列说法正确的是
A．历程①发生反应
B．历程②中CuS 作氧化剂
C．历程③中
D．若要吸收34g
，则至少要通入56L 空气(空气中氧气体积按20%计)
13．（2025·大庆实验中学·期中）“肼合成酶”以其中的配合物为催化中心，可将NH2OH 与NH3转化为肼
（N2H4），其反应历程如下：
下列说法正确的是
A．反应物和生成物中的N 原子均满足8 电子稳定结构
B．该过程合成酶中铁价态未发生改变
C．肼是二元碱，与足量的硫酸反应得到酸式盐产物为N2H5HSO4
D．若将NH3替换为ND3，反应可得N2D4
14．（2025·黑龙江·一模）
是催化剂领域应用广泛的稀土氧化物，其晶胞如图1 所示，晶胞参数为
，一种铈的氧化物催化乙苯脱氢反应机理如图2 所示。下列说法正确的是
10
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A．
晶胞中
与最近
的核间距为
B．
的晶胞面对角线切面上的离子数目均有10 个
C．催化乙苯脱氢过程中物质I 为催化剂
D．反应过程中有非极性键的断裂和生成
1．（2025·大庆石油高中·期中）甲烷与水发生重整反应
是获得氢能
的重要途径，我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进
行。反应过程和能量变化如图所示(过程①没有加催化剂，过程②加入催化剂，图中所有物质均为气态)：
下列说法中错误的是
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A．
的
B．催化重整时，控制整个过程反应速率的是第Ⅱ步
C．该反应在任何温度下均可自发进行
D．高温低压有利于提高氢气的产率
2．（2025·东北三省·联考）氮氧化物
为燃油汽车尾气中主要受管制的成分之一，其控制技术的研发
变得十分重要。燃油汽车排气管内部安装三元催化剂处理
的反应为
。该反应相对能量如图所示。下列叙述错误的是
A．反应
都是正反应活化能大于逆反应活化能
B．上述反应
C．选择催化剂降低反应1 的能垒可进一步提高反应速率
D．反应
3．（2025·辽宁沈阳·期中）已知化合物A 与
在一定条件下反应生成化合物B 与
，其反应历程
如图所示，其中TS 表示过渡态，Ⅰ表示中间体。下列说法正确的是
A．TS2 所在的基元反应中活化分子百分数最大
B．该历程中的最大能垒(活化能)
C．使用催化剂只降低正反应的活化能，反应的焓变不变
D．该反应历程包含二个基元反应
4．（2025·大庆实验中学·期中）水体中存在的
等致癌阴离子对人体健康构成严重威胁。采用
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双催化剂，可实现用
消除酸性废水中的致癌物
，
中含有
，其
反应历程示意图如图所示。下列说法错误的是
A．
与
相互转化起到了传递电子的作用
B．用该法处理后水体的
降低
C．过程③每生成1 个
以及过程④每生成1 个
，转移电子数之比
D．键角：
5．（2025·大连育明高中·期中）全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响，碳及其化合物的资
源化利用成为研究热点。回答下列问题：
（1）Pd-MgO/SiO2界面上甲烷化的过程如图所示：下列说法正确的是_______(填标号)。
A．整个循环过程中镁的价态不断发生改变
B．循环中Pd、MgO、SiO2均未参与反应
C．氢分子在Pd 表面被吸附并解离为氢原子
D．总反应为：4H2+CO2=CH4+2H2O
6．（2025·湖南省名校联盟·期中）丙烯
是世界上产量最大的化工品之一。
（2）以
为催化剂，利用太阳能电池将
转化为
、
(丙烯)等有机化工原料，其工作原
理如图所示(M、N 电极均为惰性电极)。
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①
电还原过程中相对能量(
)变化如下图所示。
注：
是一种能量单位。
该催化作用下，
电还原的产物主要是 (填化学式)，判断方法为 。
M
②
电极上生成丙烯的电极反应式为 。
③若M 极收集到的气体体积与N 极收集到的气体体积相等(同温同压下)，则M 极所得气体中
。
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