微主题热练10 化学反应速率 催化机理
能量图与循环转化图
1. (2023·福建福州预测卷)下列有关催化剂的说法错误的是( )
A. 改变反应历程
B. 改变基元反应的活化能
C. 可能提高主反应选择性
D. 能提高反应物转化率
2. (2023·安徽淮北一模)芬顿试剂是以H2O2和Fe2+组成的水溶液体系，具有极强的氧化能力，其机理如图所示。下列说法错误的是( )
A. Fe2+起到催化作用
B. 基元反应1的离子方程式为
H2O2＋Fe2+＋H＋===Fe3+＋·OH＋H2O
C. 基元反应1的活化能比基元反应2的高
D. 图示过程中，pH会发生变化
3. (2023·安徽合肥一模)如图是我国科研工作者研究MgO(s)与CH4(g)作用最终生成Mg(s)与CH3OH(g)的物质相对能量-反应进程曲线。下列叙述错误的是( )
A. 中间体OMgCH4(s)比MgOCH4(s)更稳定
B. 该反应进程中的最大能垒(活化能)为350.6 kJ/mol
C. 生成HOMgCH3(s)的过程中有极性键的断裂和形成
D. 总反应的热化学方程式为MgO(s)＋CH4(g)===Mg(s)＋CH3OH(g) ΔH＝－146.1 kJ/mol
4. (2023·湛江期末)CH2===CH2与HCl的加成反应由第一步：HCl＋CH2===CH2―→HC===CH2＋Cl－和第二步：HC===CH2＋Cl－―→CH3—CH2Cl组成，能量与反应历程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 两步反应均释放能量
B. 决速步骤是第一步
C. 第二步HC===CH2与Cl－的碰撞100%有效
D. 过渡态1比过渡态2更稳定
5. (2023·韶关一模)CO2的资源化利用有利于缓解温室效应并解决能源转化问题，一种以Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢(H2)合成低碳烯烃的反应过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 决定整个反应快慢的是第ⅱ步
B. 异构化反应过程中形成了非极性键
C. 该反应总过程即CO2加氢合成低碳烯烃的原子利用率为100%
D. 催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5的使用可以提高低碳烯烃的产率
6. (2023·广东模拟测试一)一种含Pt催化剂催化甲烷中的碳氢键活化的反应机理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A. 催化循环中Pt的配位数有3种
B. a中Pt元素的化合价为＋2
C. c→d发生的是氧化还原反应
D. SO2与SO3的VSEPR模型名称不同
7. (2023·汕头一模)图为用钌(Ru)基催化剂催化CO2(g)和H2(g)的反应示意图，当反应生成46 g液态HCOOH时放出31.2 kJ的热量。下列说法错误的是( )
A. 反应历程中存在极性键、非极性键的断裂与形成
B. 图示中物质Ⅰ为该反应的催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间产物
C. 使用催化剂可以降低反应的活化能，但无法改变反应的焓变
D. 由题意知，HCOOH(l)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋31.2 kJ/mol
8. MnO2催化某反应的一种催化机理如图所示(其中·OH是羟基自由基，·CHO是醛基自由基)，下列说法正确的是( )
A. 使用MnO2催化时，该反应的ΔH会发生变化
B. O为中间产物之一，与Na2O2中所含阴离子种类相同
C. 该反应的总反应化学方程式为HCHO＋O2CO2＋H2O
D. 催化过程中，所发生的反应均为氧化还原反应
9. (2022·深圳第一次调研)气相离子催化剂(Fe＋、Co＋、Mn＋等)具有优良的催化效果。其中，在Fe＋催化下乙烷氧化反应的机理如图所示(图中 为副反应)。下列说法正确的是( )
A. FeO＋、N2均为反应中间体
B. X既含极性共价键也含非极性共价键
C. 该机理涉及的反应均为氧化还原反应
D. 每生成1 mol CH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2 mol
10. (2023·安徽蚌埠二模)已知复杂反应的速率由反应历程中活化能最大的一步基元反应决定。卤代烃的取代反应有以下两种反应历程，其反应过程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A. 卤代烃的取代为放热反应
B. SN1反应速率与c(Nu：－)和c(R3CX)相关
C. SN2反应速率与c(RX)和c(Nu：－)相关
D. SN1机理为两步反应，SN2机理为一步反应
11. (2023·广东综合测试一)载人航天器中的物质和能量资源都十分宝贵，我国科学家进行了如图所示的氧循环研究，实现了空间站中氧气的再生。下列说法错误的是( )
A. 用于循环的氢原子利用率为100%
B. 太阳能可作为反应①和②的能量来源
C. 反应①为CO2＋4H2CH4＋2H2O
D. 等物质的量的H2O和CH4含有的电子数相同
12. (2023·河南洛阳创新联盟摸底)硫酸盐(含SO、HSO)气溶胶是PM2.5的成分之一。近期科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理，其主要过程示意图如图。下列说法不正确的是( )
A. PM2.5指的是空气中小于等于2.5 μm的颗粒物
B. NO2是生成硫酸盐的还原剂
C. 硫酸盐气溶胶呈酸性
D. 该过程有H2O参与
13. (2023·广东六校三模)目前，汽车尾气系统中均安装了催化转化器，这种方法是处理NOx的“储存还原技术法”，简称NSR，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 在富氧氛围下喷入少量燃油可以生成CO、H2等还原性尾气
B. NSR系统中的只有一种催化剂
C. 存储阶段，氮元素被氧化，以Ba(NO3)2的形式被存储起来
D. 还原阶段，每生成0.1 mol N2，转移2 mol电子
14. (2023·河南南阳期末)铁的配合物离子催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示。下列说法错误的是( )
A. 该过程的催化剂是[L—Fe—H]＋
B. 增大H＋浓度，一定能使总反应速率增大
C. 该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化
D. 该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定
15. 在过氧苯甲酰(结构简式为，—Ph表示苯基)作用下，HBr与丙烯的加成反应主要产物为1-溴丙烷，反应机理如图所示。下列说法不正确的是( )
A. 过程②中产物X化学式为
B．过程③中存在非极性共价键的断裂和形成
C．过程④可表示为CH3HCH2Br＋HBr―→·Br＋CH3CH2CH2Br
D．上述链终止反应中存在：·Br＋·Br―→Br2
答案：
1．D 【解析】催化剂参与化学反应，改变反应历程，A正确；催化剂能降低基元反应的活化能，增大反应速率，B正确；催化剂可增大主反应速率，提高主反应选择性，C正确；催化剂不能使平衡移动，不能提高反应物转化率，D错误。
2．C 【解析】催化剂在反应中先消耗，后生成，则Fe2+参与基元反应1，在基元反应2生成，起到催化作用，A正确；基元反应1的离子方程式为H2O2＋Fe2+＋H＋===Fe3+＋·OH＋H2O，B正确；基元反应1为快反应，而基元反应2为慢反应，则基元反应1的活化能比基元反应2的低，C错误；基元反应2为Fe3+＋H2O2===Fe2+＋HO2·＋H＋，反应中H＋先消耗后生成，则pH会发生变化，D正确。
3．B 【解析】由图可知，中间体OMgCH4(s)能量比MgOCH4(s)低，根据能量越低越稳定，则中间体OMgCH4(s)比MgOCH4(s)更稳定，A正确；由图可知，该反应进程中的最大能垒(活化能)为[(－21.3 kJ/mol)－(－321.1 kJ/mol)]＝299.8 kJ/mol，B错误；生成HOMgCH3(s)的过程中有极性键C—H的断裂和极性键O—H的形成，C正确；ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝(－146.1＋0) kJ/mol＝－146.1 kJ/mol，则总反应热化学方程式为MgO(s)＋CH4(g)===Mg(s)＋CH3OH(g) ΔH＝－146.1 kJ/mol，D正确。
4．B 【解析】由图示可知，第一步反应中反应物的能量低于生成物的能量，该过程吸热，A错误；由图示看出，第一步反应的活化能Ea1更大，则第一步反应是决定速率的步骤，B正确；活化分子间的合理取向的碰撞才称为有效碰撞，碰撞不可能100%有效，C错误；过渡态1的能量比过渡态2高，更不稳定，D错误。
5．B 【解析】速率较慢的反应决定了整个反应的快慢，故决定整个反应快慢的是第ⅰ步，A错误；异构化反应过程中，(CH2)n转化为C3H6、C2H4、C4H8等，该过程中形成了非极性键，B正确；根据元素质量守恒定律可知，该反应的总过程为CO2和H2反应生成低碳烯烃和水的过程，则该反应总过程的原子利用率小于100%，C错误；Fe3(CO)12/ZSM-5是催化剂，不影响CO2加氢合成低碳烯烃的产率，D错误。
6．D 【解析】由图中a、b、d物质结构可知，催化循环中Pt的配位数分别为4、3、6，A正确；a中Pt结合2个—OSO3H，根据化合价代数和为0可知，其化合价为＋2，B正确；c→d过程中，SO3转变为SO2，硫元素化合价发生改变，发生的是氧化还原反应，C正确；SO2中心S原子价层电子对数为2＋＝3，采用sp2杂化，SO3中心S原子价层电子对数为3＋＝3，采用sp2杂化，VSEPR模型名称相同，D错误。
7．A 【解析】由反应示意图可知，反应过程中不存在非极性键的形成，A错误；物质Ⅰ为反应起点存在的物质，且在整个过程中量未发生改变，物质Ⅰ为催化剂，物质Ⅱ、Ⅲ为中间过程出现的物质，为中间产物，B正确；催化剂通过降低反应的活化能，增大反应速率，但不影响反应的焓变，C正确；生成46 g液态HCOOH时放出31.2 kJ的热量，该反应的热化学方程式为CO2(g)＋H2(g)===HCOOH(l) ΔH＝－31.2 kJ/mol，则HCOOH(l)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋31.2 kJ/mol，D正确。
8．C 【解析】催化剂不能改变焓变，ΔH不会发生变化，A错误；反应过程没有加入O，O为中间产物，Na2O2中所含阴离子为O，种类不相同，B错误；催化机理存在HCO与H＋反应生成CO2的过程，这一步不是氧化还原反应，D错误。
9. D 【解析】FeO＋先生成后消耗，是反应中间体，N2由N2O转化得到，是产物，A错误；由原子守恒可知X是H2O，只含有极性共价键，B错误；该机理中存在反应C2H6＋FeO＋===[(C2H5)Fe(OH)]＋，该反应无元素化合价变化，不是氧化还原反应，C错误；该机理的总反应为C2H6＋2N2O―→CH3CHO＋2N2＋H2O，由于发生副反应[(C2H5)Fe(OH)]＋→Fe＋，则每生成1 mol CH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2 mol，D正确。
10．B 【解析】卤代烃的取代反应中生成物能量低于反应物，该反应为放热反应，A正确；SN1为单分子亲核取代反应，反应物先解离为碳正离子与带负电荷的离去基团，这个过程的活化能大，决定反应速率，所以SN1反应速率只和c(R3CX)相关，B错误；SN2反应为双分子亲核取代反应，只有一个阶段，其反应速率与c(RX)和c(Nu：－)相关，C正确；SN1反应是两步反应，第一步是反应物在溶剂中离解成为碳正离子和由离去基团形成的负离子(慢反应)，第二步是碳正离子与X－结合(快反应)，SN2反应中R—X的断裂与新的R—Nu的形成是同时的，为一步反应，D正确。
11．A 【解析】反应①为CO2＋4H2CH4＋2H2O，反应为②2H2O2H2↑＋O2↑，氢原子部分进入甲烷，用于循环的氢原子利用率达不到100%，A错误。
12．B 【解析】根据图示的转化过程，NO2转化为HNO2，N元素的化合价由＋4变为＋3，化合价降低，得电子被还原，作氧化剂，B错误。
13．C 【解析】在富氧氛围下，氧气充足，喷入少量燃油可以生成CO2、H2O等，而不是生成还原性尾气，A错误；NSR系统中的催化剂有Pt、Ba，B错误；由图可知，存储阶段，氮元素化合价升高，被氧化，以Ba(NO3)2的形式被存储起来，C正确；还原阶段由NO转化为N2，氮元素化合价由＋5变为0，电子转移关系为N2～10e－，每生成0.1 mol N2，转移1 mol电子，D错误。
14．B 【解析】由图可知，总反应的反应物为HCOOH，生成物为H2和CO2，该过程中[L—Fe—H]＋参与反应，后又生成，是催化剂，A正确；H＋浓度过大，HCOO－浓度减小，则反应[L—Fe—H]＋＋HCOO－―→速率慢，则总反应速率也会变慢，B错误；Ⅳ→Ⅰ的过程有氢气生成，发生氧化还原反应，则铁元素的化合价发生变化，C正确；反应所需活化能越大，反应速率越慢，总反应速率由慢反应决定，根据图知，Ⅳ→Ⅰ步骤所需活化能最大，该反应速率最慢，则该反应决定总反应速率，D正确。
15．B 【解析】由图可知，过程③中CH3CH＝CH2与·Br反应生成CH3HCH2Br，反应中存在碳碳非极性共价键的断裂，但没有非极性共价键的形成，B错误；由图可知，链终止反应中存在·Br和·Br结合形成Br2的过程，D正确
