能壘圖像的分析與應(yīng)用

【研析真題?明方向】

1.（2022?湖南卷）（多選）反應(yīng)物（S）轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物（P或P-Z）的能量與反應(yīng)進程的關(guān)系如下圖所示，下列有關(guān)四種不同

c.生成P的速率：ni＞nD.進程iv中，z沒有催化作用

2.（2021?湖南卷）鐵的配合物離子（用［L—Fe—H『表示）催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機理和相對能量的變化情況如圖所

示，下列說法錯誤的是（）

45.343.5

；-\過液態(tài)1；一,、過液態(tài)2

(

0.一0

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反應(yīng)進程

A.該過程的總反應(yīng)為HCOOH：絲里CChT+H2TB.H+濃度過大或者過小，均導(dǎo)致反應(yīng)速率降低

C.該催化循環(huán)中Fe元素的化合價發(fā)生了變化D.該過程的總反應(yīng)速率由II-in步驟決定

【方法與技巧?思維建模】

三步突破能量變化能壘圖

通覽全圖，理清坐標的含義。能量變化的能壘圖的橫坐標一般表示反應(yīng)的歷程，橫坐標的不

第1步同階段表示一個完整反應(yīng)的不同階段?？v坐標表示能量的變化，不同階段的最大能壘即該反

應(yīng)的活化能

細看變化，分析各段反應(yīng)。仔細觀察曲線（直線）的變化趨勢，分析每一階段發(fā)生的反應(yīng)是什

第2步

么，各段反應(yīng)是放熱還是吸熱，能量升高的為吸熱，能量下降的為放熱

綜合分析，做出合理判斷。綜合整合各項信息，回扣題目要求，做出合理判斷。如利用蓋斯

第3步定律將各步反應(yīng)相加，即得到完整反應(yīng)；催化劑只改變反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)的反應(yīng)

熱，也不會改變反應(yīng)的轉(zhuǎn)化律

【題矍突破?查漏缺】

I.文獻報道：在45°C、0.1MPa時,科學(xué)家以鐵粉為催化劑，通過球磨法合成氨。部分反應(yīng)歷程如圖所示（吸附

在催化劑表面的物種用*標注），下列說法正確的是（）

過渡態(tài)1

過渡態(tài)2過渡態(tài)3

N,+3ir

NH由4N市H?'欣、泗5

反應(yīng)歷程

A.由此歷程可知：N*+3H*=NH+4-2H，＞△”＞（）B.鐵粉改變了合成氨的反應(yīng)歷程和反應(yīng)熱

C.圖示過程中有極性共價鍵的生成D.用不同催化劑合成氨，反應(yīng)歷程均與上圖相同

2.炭黑是霧窺中的重要顆粒物，研究發(fā)現(xiàn)它可以活化氧分子，生成活化氧，活化過程的能量變化模擬計算結(jié)果

如圖所示,活化氧可以快速氧化一：氧化硫.下列說法錯誤的是（）

炭黑和軻氣活化氧

A.氧分子的活化包括O—O鍵的斷裂與C-O鍵的生成

R.每活化一個氧,分子放出629eV的能量

C.水可使氧分子活化反應(yīng)的活化能降低0.42eV

D.炭黑顆粒是大氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的催化劑

3.我國科學(xué)家以MoSz為催化劑，在不同電解質(zhì)溶液中實現(xiàn)常溫電催化合成氨，其反應(yīng)歷程與相對能量模擬計

算結(jié)果如圖。下列說法錯誤的是（）

2

—VOS2（N&SO,溶液）

1

一MOS2（U2SO<溶液）

O

■?

三'

I**

'-._'NH2

-*NH'—

反應(yīng)歷程

A.Li2SO4溶液利于MOS2對N2的活化

B.兩種電解質(zhì)溶液環(huán)境下從N2—NH3的焙變不同

C.MoS?（Li2sCh溶液）將反應(yīng)決速步（N-"N2H）的能量降低

D.N2的活化是NN鍵斷裂與N-H鍵形成的過程

4.研究發(fā)現(xiàn)Pd2團簇可催化CO的氧化，在催化過程中路徑不同可能生成不同的過渡態(tài)和中間產(chǎn)物（過渡態(tài)已標

出），下圖為路徑1和路徑2催化的能量變化。下列說法不正確的是（）

>

￡

珞

W檔

2

A.該過程中有極性鍵和非極性鍵的斷裂和生成B.反應(yīng)路徑2的催化效果更好

C.催化劑不會改變整個反應(yīng)的D.反應(yīng)路徑1中最大能壘（活化能）E正=1.77eV

5.碳單質(zhì)在生產(chǎn)生活中用途廣泛。炭黑可以活化氧分子得到活化氧（O"），活化氧可以快速氧化SO2,從而消除霧

So其活化過程中的能量變化如圖所示，下列說法錯誤的是（）

相*^ft/eV

8

Q0.750.73

6諄、、

O.4

O.2

O6.

00.00/------------無水\\

2

O,-------有水\-0.29

c+o.過渡—?過波態(tài)nc+2（r-

A.活性炭可去除水中的懸浮雜質(zhì)B.生成活化氧的△”>（）

C.活化過程中有水時的活化能降低了D.氧化SO2的過程中，炭黑起催化作用

6.ShyamKaltle等結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在Pt/SiO?催化劑表面上CCh與H2的反應(yīng)歷程，前三步

歷程如圖所示，吸附在PVSiCh催化劑表面上的物質(zhì)用?標注，Ts表示過渡態(tài).下列有關(guān)說法正確的是()

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2.05

A.物質(zhì)被吸附在催化劑表面形成過渡態(tài)過程是放熱的

B.形成過渡態(tài)Tsi的活化能為1.05eV

C.前三步的總能量變化為△”=2.05eV

77

D.反應(yīng)歷程中能量變化最大的反應(yīng)方程式為?HOCO+5H2(g)=-CO+-OH+TH2(g)

7.科學(xué)家通過密度泛函理論研究甲靜與水蒸氣重整制氫反應(yīng)機理時，得到甲醵在Pd(III)表面發(fā)生解離時四個路

徑與相對能量關(guān)系如圖所示，其中附在Pd(ni)表面的物種用*標注。下列說法錯誤的是()

103,過渡態(tài)1過瞥過螫3過釁

4文t渡態(tài)5

(801—1

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A.②中包含C—H鍵的斷裂過程

B.該歷程中能壘(反應(yīng)活化能)最小的是③

C.該歷程中制約反應(yīng)速率的方程式為CH3O*+3H"—?CO*+4H*

D.由此歷程可知：CH30H(g)=^CO(g)+2H2(g)A?/>0

8.工業(yè)上利用炭和水蒸氣反應(yīng)：C(s)+H2O(g)r^CO(g)+H2(g)△,：CO(g)+H2O(g)^=CO2(g)+H2(g)

A，”生成的H2為合成氨原料。在飽和食鹽水中先通NHj,后通CO2，由于HCO3能形成多聚體，所以容易析

出\aHCCh，過濾后熱分解得純堿。反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=^CO2(g)+H2(g)AH2，在催化劑表面CO、H2O

的反應(yīng)歷程如圖所示。其中吸附在催化劑表面上的物種用標注，1eV=1.6xI0-19Jo下列說法正確的是()

A2

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O+=OH+

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3.cOO+

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A.AH2>0

B.反應(yīng)H2O-=OH.+H?能量變化為1.57eV

C.正反應(yīng)歷程中的最人活化能為2.24eV

D.反應(yīng)C(s)+CO2(g)K^2C0(g)的

9.科研工作者結(jié)合實驗與計算機模擬來研究釘催化劑表面不同位點上合成氨的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中實線

表示位點A上合成氨的反應(yīng)歷程，虛線表示位點R上合成氨的反應(yīng)歷程，吸附在催化劑表面的物種用”標注八

下列說法錯誤的是（

2

1

<

A

3T

i-疆

⑦-2

?--3

-4

-5

A.由圖可以判斷合成氨反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)

B.氮氣在位點A上轉(zhuǎn)變成2N.速率比在位點B上的快

C.整個反應(yīng)歷程中活化能最大的步驟是2N*+3H2一2N"+6H?

D.從圖中知選擇合適的催化劑位點可加快合成氨的速率

10.我國學(xué)者研究反應(yīng)C6H6（g）+CH30H（g）=C7Hx（g）+H2O（g）在固體酸催化劑HB表面進行的歷程如圖所示,

其中吸附在HB表面的物種用*標注。下列說法正確的是（）

反應(yīng)歷程

A.總反應(yīng)的A"=+61.4kJ-mcL

B.反應(yīng)①的大于反應(yīng)④的AH

C.反應(yīng)歷程中能量變化最大的步驟為反應(yīng)⑤

+B

D.決速步驟的化學(xué)方程式為HB+CH3OH=CH3B+H2O

11.研究發(fā)現(xiàn)，一定條件下，P【單原子催化反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）r^CH.QH（g）+H2O（g）的歷程如圖所示，其中

吸附在催化劑表面上的物種用“*”表示，“TS”表示過渡態(tài)。卜列說法錯誤的是（）

A2

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*Oo(*)H

Ooo8HE

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A.六個過渡態(tài)中對反應(yīng)速率影響最大的是TS3

B.經(jīng)歷TSI,CO?共價鍵發(fā)生斷裂，且生成竣基

C.要提高該反應(yīng)的選擇性，可以選擇合適的催化劑

D.升高溫度，正反應(yīng)速率的增大程度小于逆反應(yīng)速率的增大程度

【題型特訓(xùn)?練高分】

I.我國科學(xué)家熨現(xiàn)了在銅催化條件下將DMFKCHRNCHO］轉(zhuǎn)化為三甲胺［N(CH3)3］。計算機模擬單個DMF分子

在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程如圖所示，下列說法正確的是()

0(CH02NCHO(g)+2H2(g)

()。.

T5

LN(CH3)3(g)+H2O(g)

0(CH,>2NCHOH*+3H*

一L-1.23(CH；,)NCH；+OH*+2Hl*甘

52

一-1.55

2-1.77

01-2.16

一'~V22L

(CH,)2NCH2OH*+2H*

N(CH0x+OH*+H*

A.由圖可以判斷DMF轉(zhuǎn)化為三甲胺的反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)

B.N(CH3)3+OH*+H*=N(CH3b(g)+H2O(g)是該反應(yīng)歷程的決速步驟

C.使用銅作催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，從而改變反應(yīng)的焰變

D.該歷程中最大能壘(活化能)E正=0.93eV

2.一氧化碳甲烷化反應(yīng)為：CO(g)4-3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)o下圖是使用某種催化劑時轉(zhuǎn)化過程中的能量變

化(部分物質(zhì)省略)。下列說法不正確的是()

CtXgHH’TCO(8“?H-^CHO^CH4,H3O(g)-CH4(g)

A.步驟①只有非極性鍵斷裂B.步驟②的原子利用率為100%

C.過渡態(tài)n能量最高，因此其對應(yīng)的步驟③反應(yīng)速率最慢

D.該方法可以清除劇毒氣體co,從而保護環(huán)境

3.我國科研人員在銀催化簡單烷燒的區(qū)域選擇性方面的研究取得了重大突破。圖為一種烷燒C-H鍵的選擇性

插入反應(yīng)進程。下列說法錯誤的是()

A.升高溫度三個反應(yīng)的速率均加快

B.I、II、IH三種物質(zhì)中，最穩(wěn)定的是I

C.總反應(yīng)速率取決于由中間體1生成中間體2的一步

D.催化劑對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性，生成不同產(chǎn)物的同時改變了反應(yīng)的焰變

4.Ni可活化C2H6放出CH”其反應(yīng)歷程如圖所示，下列關(guān)于活化歷程的說法錯誤的是()

E/dGlmol*)

50.00過渡態(tài)2

Ni+C2H6/4^50'\

.NiCH,+CH4

0.00ncn-、過波態(tài)1'、中間體3,

間體！，二2889：-6.57

-50.00-45.88

-56.21，一：

-100.00\中間：

:體2:

-150.00

-154.82

-200.00

決速步驟：中間體中間體

A.2T3B.總反應(yīng)為Ni+C2H6NiCH2H-CH4

C.Ni—H鍵的形成有利于氫原子的遷移D.涉及非極性鍵的斷裂和生成

5.熱催化合成氨面臨的兩難問題是：采用高.溫增大反應(yīng)速率的同時會因平衡限制導(dǎo)致NH3產(chǎn)率降低。我國科研

人員研制了Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑（Ti—H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃）八Ti—H—Fe雙溫區(qū)催化合

成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。下列說法正確的是（）

A

S。

M

\(D

卷\-1.87

契

證-2:水丁''匕庖々)9

294

-咫士5

A.①為氮氮三鍵的斷裂過程

B.①@③在低溫區(qū)發(fā)生，④⑤在高溫區(qū)發(fā)生

C.使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)

D.④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程

13

--

22^NHXg）AH的反應(yīng)機理如圖所示，圖中“吸”表示各氣態(tài)物質(zhì)在催化劑表面吸

附。下列說法錯誤的是（）

KM）

?

2

、

甘

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三

本

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點?.

H

1HN

+八-N

曾

N亶H

N

A.該反應(yīng)的刈/=46kJmol_1

B.該反應(yīng)機理中最大活化能為79kJmo「i

C.升高溫度，該反應(yīng)過渡態(tài)的能量會增大

D.該反應(yīng)達到平衡后增大壓強反應(yīng)正向進行

7.反應(yīng)CO（g）+H2O（g）KKO2（g）+H2（g）;NH”在催化劑表面CO、H2O的反應(yīng)歷程如下圖所示。其中吸附在

催化劑表面上的物種用標注，lev=L6xlO」9j0下列說法正面的是（）

>2

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A.A，2>0

B.反應(yīng)H20-=0H-+H?能量變化為1.57ev

C.正反應(yīng)歷程中的最大活化能為2.24ev

D.反應(yīng)C(s)+CO2(g)^=^2CO(g)A〃=A〃2—A〃I

8.研究發(fā)現(xiàn)Pd2團簇可催化CO的氧化，在催化過程中路徑不同可能生成不同的過渡態(tài)和中間產(chǎn)物（過渡態(tài)己標

出），下圖為路徑1和路徑2催化的能量變化.下列說法不正確的是（）

A.CO的催化氧化反應(yīng)為2CO+O2=2CO2B.反應(yīng)路徑1的催化效果更好

C.路徑I和路徑2第一步能量變化都為3.22eVD.路徑I中最大能壘（活化能）E正=1.77eV

9.乙塊在Pd表面選擇加氫的反應(yīng)機理如圖所示。其中吸附在Pd表面上的物種用*標注。下列有關(guān)說法正確的是

（）

A.吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B.該正反應(yīng)歷程中最大能壘（活化能）為85kJmoP'

C.Pd為固體催化劑，其表面積大小對催化效果無影響

D.C2H?+H+-C2H；只有化學(xué)鍵的形成過程

催化劑

10.工業(yè)上可采用CH3OHF7CO+2H2的方法來制取高純度的CO和H2。我國學(xué)者采用量子力學(xué)方法，通過

加熱

計算機模擬，研究了在把基催化劑表面上甲醇制氧的反應(yīng)歷程，其中吸附在把催化劑表面上的物種用*標注。

下圖為計算機模擬的各步反應(yīng)的能量變化示意圖，下列說法正確的是（）

a

o

E

/

s

■

物

菽

奧

A.CH30H脫氫反應(yīng)的第一步歷程為CH3OH*=CH3*+OH*

B.該歷程中最大活化能E正=106.7kJ?mol?

C.該歷程中，放熱最多的步驟的化學(xué)方程式為CHO*+4H*==CO*+2H2（g）

D.CH3OH*=CO*+2H2（g）△H=65.7kJ?mo「

nA

ii.分子篩催化環(huán)己烯（\Z）芳構(gòu)化制苯（、/'）的反應(yīng)歷程和過程中能壘圖分別見圖1和圖2。下列說法錯誤的

是（）

OH一QHA土Q—

/\/\/\

R(ZO-C?HI(?)TSIInti(ZO-C?H9)

TS2Int2(ZO-Cf,H?)TS3

lnt3(ZO-C?H:)TS4P(CM,onZOH)

圖1

A.TSI—>Int1的反應(yīng)為取代反應(yīng)

B.決定化學(xué)反應(yīng)速率的步蛛為Im3-TS4

C.環(huán)己烯芳構(gòu)化制苯的化學(xué)方程式為0^>（）+2H2T

D.（丁CH,經(jīng)芳構(gòu)化反應(yīng)可能得到廠CH、（yCH曙產(chǎn)物

13.活潑自由基與氧氣的反應(yīng)一直是關(guān)注的熱點。HNO自由基與02反應(yīng)過程的能量變化如圖所示，下列說法正

確的是（）

100

HNO壁杳I

過渡態(tài)IV

0-18.92

中間產(chǎn)物X：:—\

.T2.16；過渡態(tài)!\產(chǎn)物pi

-100n

：-153.58滋渡態(tài)In(H—o—o—N=O)

;：~\_匚29蟠_\.....-202.00

-200中間產(chǎn)麗中正物Z\

-201.34-205.11\

-300

產(chǎn)物】'2嗑小

A.該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B.產(chǎn)物的穩(wěn)定性：P1>P2

C.該歷程中最大正反應(yīng)的活化能E正=186.19kJ-mol-1

D.相同條件下，由中間產(chǎn)物Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率：v（Pl）<v（P2）

【能壘圖像的分析與應(yīng)用】答案

【研析真題?明方向】

1.ADo解析：A.由圖中信息可知，進程I中S的總能量大于產(chǎn)物P的總能量，因此進程I是放熱反應(yīng)，A說

法正確；B.進程II中使用了催化劑X,但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率，因此在兩個進程中平衡時P的產(chǎn)率相同，

B說汝不正確；C.進程IH中由S?Y特化為P?Y的活化能高于進程II中由S?X轉(zhuǎn)化為P-X的活化能，由于這兩步

反應(yīng)分別是兩個進程的決速步驟，因此生成P的速率為IHvH,C說法不正確；D.由圖中信息可知，進程IV中S

吸附到Z表面生成S?Z,然后S?Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物P?Z,由于P?Z沒有轉(zhuǎn)化為P+Z,因此，Z沒有表現(xiàn)出催化作用，

D說法正確；綜上所述，本懣選AD。

2.CDo解析：分析題給反應(yīng)機理圖，可知該過程的反應(yīng)物為HCOOH,生成物為COa和Hz,則該過程的總反

應(yīng)為HCOOH^=CO2t+H2t,A說法正確；H+濃度過大，抑制HCOOH的電離，HCOCT濃度減小，會降低I—H

步驟的反應(yīng)速率，H+濃度過小，會降低in-IV步驟反應(yīng)速率，故H+濃度過大或者過小，均會導(dǎo)致反應(yīng)速率降低，

B說W正確；整個催化循環(huán)過程中Fe元素化合價均為+3價，故該催化循環(huán)中Fe元素的化合價沒有發(fā)生變化，

C說法錯誤；由相對能量的變化情況圖可以得出，該反應(yīng)過程中的W—I步驟的活化能E=86.lkJ-morl為該

反應(yīng)進程中的最大活化能，故該過程的決速步驟為IV—I步驟，D說法錯誤。

【題型突破?查漏缺】

1.Co解析：A項，由圖可知，NH*+2H*能量低，該反應(yīng)的AHV0,錯誤；B項，催化劑鐵粉不改變反應(yīng)熱，

錯誤；D項，不同催化劑，反應(yīng)歷程改變，錯誤。

2.C。解析：由題圖可知，氧分子的活化是0—0鍵的斷裂與C—O鍵的生成過程，故A正確；反應(yīng)物的總能

量高亍生成物的總能量，因此每活化一個氧分子放出0.29eV的能量，故B正確；水可使氧分子活化反應(yīng)的活化

能降低0.18eV,故C錯誤；活化氧可以快速氧化二氧化硫，而炭黑顆?？?/p>