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专题06 化学反应中的能量变化及反应机理
1．（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。
2．（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．NH2OH，NH3，H2O 的电荷分布都不均匀，不对称，为极性分子，A 正确；
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NH2NH2有两个氢来源于NH3，所以将NH2OH 替换为ND2OD，
不可能得到ND2ND2，得到ND2NH2和HDO，D 错误；
故选D。
3．（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。
1．（2023·全国·模拟预测）一种甲烷催化氧化的反应历程如图所示，*表示吸附在催化剂表面。下列说法
正确的是
A．适当提高
分压可以加快
的反应速率
B．
的过程中C 被氧化，释放能量
C．产物从催化剂表面脱附的速率对总反应速率无影响
D．
与
反应生成CO 和
的过程中只涉及极性键的断裂和生成
【答案】A
【解析】A．适当提高氧气分压，可以提高氧气的吸附速率，从而加快
的反应速率，A 正
确；
B．
的过程中，C 元素的化合价升高，被氧化，C—H 键断裂，断键吸收能量，B 错误；
C．若大量产物吸附在催化剂表面，则会减少
和
在催化剂上的吸附面积，从而会降低总反应速率，
C 错误；
D．
和
反应生成CO 和
的过程中涉及极性键、非极性键的断裂和生成，D 错误；
故选A。
2．（2023·上海·高三统考专题练习）常温常压下，1mol CH3OH 与O2发生反应时，生成CO 或HCHO 的能
量变化如图(反应物O2和生成物水略去)，下列说法正确的是
A．加入催化剂后，生成CO 的热效应变大，生成HCHO 的热效应变小
B．加入催化剂后，生成HCHO 的速率变大，单位时间内生成HCHO 量变多
C．1mol CH3OH 完全燃烧生成液态水和二氧化碳(g)放出393kJ 的热量
D．生成HCHO 的热化学方程式为2CH3OH+O2=2HCHO+2H2O+316kJ
【答案】B
【解析】A．加入催化剂只改变反应历程而不改变热效应，加入催化剂生成CO 的活化能增大而HCHO 的
活化能降低，A 项错误；
B．活化能低反应越快。加入催化剂生成CO 的活化能增大而HCHO 的活化能降低，故生成HCHO 速率更
快，B 项正确；
C．1mol CH3OH 完全燃烧生成液态水和一氧化碳(g)放出393kJ 的热量，C 项错误；
D．该热化学方程式为没有标注物质的状态，D 项错误；
故选B。
3．（2023·重庆·重庆八中校联考模拟预测）为实现“碳达峰、碳中和”的目标，科学家提出以
为催化
剂，用光热化学循环分解法，达到减少大气中
量的目的，反应的机理如图所示：
物质的量
物质
完全断键所需吸收的总能量
下列说法不正确的是
A．过程①中光能转化为化学能
B．过程④为吸热过程
C．
降低该反应的焓变，提高该反应速率
D．全过程热化学方程式为
【答案】C
【解析】A．以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，能量的变
化形式是由光能转化为化学能，A 正确；
B．过程④需要从外界吸收热量，因此为吸热过程，B 正确；
C．
作为催化剂可以降低该反应的活化能，无法降低焓变，提高该反应速率，C 错误；
D．CO2分解为CO 和O2化学式为
，根据分子化学键完全断裂时的能量变化图可知，
1molCO2完全断裂应该吸收1598kJ，1molCO 完全断裂应该吸收1072 kJ，1mol O2完全断裂应该吸收
496kJ；所以1molCO2分解产生1molCO 和0.5molO2，所以需吸收
kJ 能量，则
全过程热化学方程式为
，D 正确；
故答案选C。
4．（2023·重庆九龙坡·统考二模）火箭发射时可以用液态肼作燃料，
作氧化剂。相关物质的能量转化
关系如下。已知
，则
的反
应热
为
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】根据图示信息，可得已知反应：
可得目标方程式：
，所以
，故选A。
5．（2023·广东·模拟预测）
和
是环境污染性气体，可在
表面转化为无害气体，其总反应为
，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。
下列说法不正确的是
A．
为氧化剂
B．
C．由图乙知该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．为了实现转化，需不断向反应器中补充
和
【答案】D
【解析】A．反应
中，N 元素化合价降低，
为氧化剂，故A 正确；B．
反应物能量高于生成物，反应为放热反应，反应焓变△H=生成物总焓-反应物总焓=134kJ/mol-360 kJ/mol=
，故B 正确；C．由图乙知该反应正反应的活化能Ea小于逆反应的活化能Eb，故C 正确；D．
和
是催化剂，催化剂在化学反应的前后化学性质和质量是不变的，无需不断补充，故D 错误；
故选D。
6．（2023·天津·校联考二模）多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现
T℃时(各物质均为气态)，
与水在铜催化剂上的反应机理和能量变化如图。
下列说法不正确的是
A．反应
B．选择合适的催化剂可降低反应Ⅰ和反应Ⅱ的活化能
C．
和
的总能量大于
和
的总能量
D．反应Ⅱ的热化学方程式表示为
【答案】C
【解析】A．该反应中消耗2mol 气体产生了4mol 气体，气体量增加为熵增的反应ΔS>0，A 正确；
B．催化剂改变反应历程从而降低活化能，所以选择合适的催化剂可降低反应Ⅰ和反应Ⅱ的活化能，B 正
确；
C．从能量图看1molCH3OH(g) 和1molH2O(g)的总能量低于1molCO2(g)和3H2(g)的总能量，C 错误；
D．催化机理看，CO(g)和H2O 为该反应的中间产物。从能量图看CO(g)和H2O(g)的总能量高于H2(g)和
CO2(g)，所以该反应为放热反应 ΔH<0，D 正确；
故选C。
7．（2023·重庆万州·重庆市万州第二高级中学模拟）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，该历程示意图如下所示。
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】分析：A 项，生成CH3COOH 的总反应为CH4+CO2
CH3COOH，原子利用率为100%；B 项，
CH4选择性活化变为①过程中，有1 个C-H 键发生断裂；C 项，根据图示，①的总能量高于②的总能量，
①→②放出能量并形成C-C 键；D 项，催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高平衡转化
率。
详解：A 项，根据图示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 项正确；B 项，CH4选择性活化变为①过程中，有1
个C-H 键发生断裂，B 项正确；C 项，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 项正确；D 项，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 项错误；答案选D。
8．（2023·辽宁沈阳·沈阳二中校考三模）黄鸣龙是唯一一个名字写进有机化学课本的中国人，Wolff-
Kishner-黄鸣龙还原反应机理如下(R、R’均代表烃基)，下列有关说法不正确的是
A．肼的沸点高于氨气，原因是分子间氢键数目更多，且相对分子质量更大
B．过程①发生加成反应，过程②、③均发生消去反应
C．过程④的反应历程可表示为：
+OH—
+N2↑+H2O
D．应用该机理，
可以在碱性条件下转变为
【答案】B
【解析】A．肼和氨气都是分子晶体，肼分子中含有两个氨基，相对分子质量大于氨气，分子间形成的氢
键数目多于氨气，所以肼分子的分子间作用力强于氨气，沸点高于氨气，故A 正确；B．由图可知，过程
③发生的反应为
，反应中分子的不饱和度不变，不可能属于消去反应，故
B 错误；C．由质量守恒定律可知，过程④发生的反应为
+OH—
+N2↑+H2O，故C
正确；D．由图可知，该反应的总反应为碱性条件下
与肼反应生成
、氮气和水，
则碱性条件下
与肼反应能转化为
，故D 正确；故选B。
9．（2023·重庆万州·重庆市万州第二高级中学模拟）工业上用CO2合成乙酸的反应路径如图所示：
下列说法错误的是
A．反应过程中碳元素的化合价始终不变
B．第4 步反应的氧化剂是CH3COORh*I
C．HI、LiOH、CH3I、CH3Rh*I、CH3COORh*I 为反应的中间产物
D．催化循环的总反应为CH3OH+CO2+H2
CH3COOH+H2O
【答案】A
【解析】A．碳元素在CH3OH 中显-2 价，在CH3COOH 中显0 价，碳元素的化合价跟成键原子的非金属性
有关，故A 错误；B．第4 步反应为CH3COORh*I+H2=CH3COOH+ Rh*+HI，氧化剂是CH3COORh*I，故B
正确；C．根据每一步的反应可知，中间产物有HI、LiOH、CH3I、CH3Rh*I、CH3COORh*I，都是先生成
后反应的物质，故C 正确；D．根据图示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh*催化作用下生产CH3COOH 和
H2O，所以循环的总反应为CH3OH+CO2+H2
CH3COOH+H2O，故D 正确；答案选A。
10．（2023·浙江·模拟预测）常温常压下，甲醇在催化剂的作用下可以合成2-甲基丙酸甲酯，计算机模拟
单个甲醇分子在催化剂表面的反应过程和能量变化示意图如图，下列说法错误的是
A．总反应的热化学方程式为：
B．第一步反应决定了总反应的化学反应速率
C．化合物8 和化合物9 互为同分异构体
D．上述反应过程中
未改变反应的
，降低了反应的活化能
【答案】A
【解析】A．图象给出的是单个分子参与反应时的能量变化，总反应的热化学方程式为
，故A 错误；B．
第1 步反应的能垒最高，所以第1 步反应的化学反应速率最慢，故B 正确；C．化合物8 和化合物9 的分子
式相同而结构不同，故C 正确；D．
为反应的催化剂，故
未改变反应的
，降低了
反应的活化能，故D 正确；故选A。
11．（2023·湖南·校联考模拟预测）
超干重整
的催化转化如图1 所示，相关反应的能量变化如图2
所示：
下列说法不正确的是
A．过程Ⅰ的热化学方程式为：
B．过程Ⅱ实现了含碳物质与含氢物质的分离
C．过程Ⅱ中
为催化剂，降低了反应的
D．
超干重整
的总反应为：
【答案】C
【解析】A．Ⅰ、
，Ⅱ、
，根据盖斯定律，由Ⅰ2-Ⅱ得到
，选项A 正确；B．过程Ⅱ的反应第一步是
CO+CO2+H2+Fe3O4+CaO→H2O+Fe+CaCO3，第二步反应：Fe+CaCO3+稀有气体→稀有气体
+Fe+CaCO3+CO，两步反应实现了含碳物质与含氢物质的分离，选项B 正确；C．过程Ⅱ中
为
催化剂，改变反应速率不能改变反应的
，选项C 不正确；D．根据流程中物质的参与和生成情况，结
合反应过程中有催化剂和中间产物，总反应可表示为
，选项D 正确；答案选
C。
12．（2023·广东·统考二模）我国科学家合成了一种新型Au15/MoC 材料，实现了低温催化水煤气变换。反
应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，TS 指过渡态。下列有关说法不正确的是
A．温度一定时，加压无法提高平衡转化率
B．分子从催化剂表面脱附的过程都是吸热的
C．反应历程中活化能最大的一步为CO*+2H2O*→CO*+H2O*+OH*+H*
D．该过程有极性键的断裂和生成
【答案】B
【解析】A．该反应为CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)，该反应为等体积反应，温度一定时加压化学
平衡不移动，平衡转化率不变，A 正确；
B．从图中可知并不是所有分子从催化剂表面脱附的过程都是吸热的，如CO2
*+H2O*+2H*转化为
CO2+H2O*+2H*的过程就是放热的，B 错误；
C．从图中可知，过渡态TS1 的相对能量最大，此时的活化能最大，因此反应历程中活化能最大的一步为
CO*+2H2O*→CO*+H2O*+OH*+H*，C 正确；
D．该过程中H2O 中的O-H 键断裂，同时也有CO2中C=O 键的生成，D 正确；
故答案选B。
13．（2023·河北·高三专题练习）二氧化碳选择性加氢制甲醇是解决温室效应、发展绿色能源和实现经济
可持续发展的重要途径之一。常温常压下利用铜基催化剂实现二氧化碳选择性加氢制甲醇的反应机理和能
量变化图如下(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注)，下列说法错误的是
A．催化剂能改变反应机理，加快反应速率，降低反应热
B．二氧化碳选择性加氢制甲醇是放热反应
C．该历程的决速步为
D．总反应为
【答案】A
【解析】A．催化剂能改变反应机理，加快反应速率，不能改变反应热，选项A 错误；
B．由反应历程图可知反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，选项B 正确；
C．
的活化能最大，是该历程的决速步，选项C 正确；
D．该反应的反应物是
和
，生成物是
和
，则总反应为
，选项D 正确；
答案选A。
