【考情解读】
化学反应机理图示题最早出现在2014年江苏高考试题的非选择题中，近三年在北京高考试题的选题和非选题中频繁出现，2018与2019年的全国卷中也有出现，这类试题符合新高考要求，对学生能力要求高，在备考过程中要给予高度重视与关注。该类试题以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，就是把一个复杂反应分解成若干个反应然后按照一定规律组合起来，从而达到复述复杂反应的内在联系的目的。反应机理包括反应物到产物这一过程中所发生的所有反应，因此对反应机理的研究、学习就得非常重要。
这类题常以陌生反应为载体，通过反应历程图像、分步反应方程式等形式给予信息，考查催化剂、活化能、焓变等，能够很好地考查考生“证据推理与模型认知”化学学科核心素养。预计2020年高考中仍会出现有关化学反应微观变化的图像类题。
【查缺补漏】
1.简化后的价键分析模型
化学变化意味着物质组成和结构的变化，常从旧化学键的断裂和新化学键的形成来分析，因而化学反应的过程既有物质变化又有能量变化。
旧化学键断裂新化学键形成
反应物―――――→原子或原子团―――――→生成物 吸收能量E1放出能量E2若E1＞E2，该反应为吸热反应，若E1＜E2，该反应为放热反应。 2.简化后的有效碰撞模型
(1)概念：能够发生化学反应的分子(或原子)的碰撞叫做有效碰撞，能发生有效碰撞的分子是活化分子。活化能(Ea)是指化学反应中，由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。
(2)有效碰撞的条件：
①反应物的分子必须相互碰撞；②分子具有一定能量，必须是活化分子；③活化分子碰撞时，相对取向合适。 3.基元反应过渡状态理论
基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。
AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC 反应物 过渡态 生成物
过渡态极不稳定，只是反应进程的一个中间阶段的结构，不能分离得到。
(1)如图1所示是一完成的化学反应：AB＋C―→A＋BC，其中ΔH是反应热，Ea是正反应的活化能，不管是放热反应还是吸热反应，反应物经过过渡态变成生成物，都必须越过一个高能量的过渡态。
A＋B―→C―→D
(2)图2是两步完成的化学反应
反应物 中间体 生成物
上述A和B反应，在反应进程中首先经过第一过渡态，形成活性中间体C，中间体处在能量谷底时，中间体有一定的寿命，从A、B生成中间体C为吸热反应。从中间体C形成生成物D时，又需经过第二过渡态，该反应为放热反应，A、B到生成物D的总反应是放热反应。这两个过渡态相应的活化能分别为Ea1和Ea2，其中到达第一过渡态的活化能较高，第一步为慢反应，第二步为快反应，因而决定总反应快慢的是第一步反应。
【2020最新模拟题】
1．中美科学家在银表面首次获得了二维结构的硼烯，该科研成果发表在顶级刊物《Science》上，并获重点推荐，二维结构的硼烯如图所示。下列说法中错误的是（ ）
A．1.5 mol硼原子核外电子数目为7.5NA
B．1个硼原子与其他原子最多只能形成3对共用电子对 C．硼的氧化物的水化物与NaOH溶液反应可生成BO2－ D．硼烯有望代替石墨烯作“硼烯-钠基”电池的负极材料 【答案】B
【解析】硼原子核外电子数为5，1.5 mol硼原子核外电子数目为7.5NA，A正确；观察题中所给图可知硼烯B错误；中硼原子之间形成的共用电子对超过了3对，硼与铝同主族，性质类似，硼的氧化化物的水化物与NaOH
溶液反应可生成BO2，C正确；“硼烯-钠基”中钠失电子，可为电池的负极材料，D正确。
2．利用固体表面催化工艺进行NO分解的过程如下图所示。下列说法不正确的是
－
A．该分解过程是：2NON2 + O2
B．实验室制取NO可以用铜与稀硝酸反应 C．过程②释放能量，过程③吸收能量
D．标准状况下，NO分解生成5.6 L N2转移电子数约为6.02×1023 【答案】C
【解析】根据图示，NO在催化剂作用下转化为氮气和氧气，该分解过程是：2NON2+O2，A正确；铜
与稀硝酸反应生成一氧化氮、硝酸铜和水，可以用于实验室制取NO，B正确；过程②为NO在催化剂表面发生断键形成氮原子和氧原子，断开化学键需要吸收能量，过程③为氮原子和氧原子重新形成化学键生成氮气和氧气，形成化学键需要释放能量，C错误；根据反应2NON2 + O2，O元素由－2价变为0价，生成1 mol O2，同
4 × 时生成1 mol N2，转移4 mol电子，标准状况下，NO分解生成5.6 L N2为0.25 mol，则转移电子数约为0.25 ×6.02 × 1023 = 6.02×1023，D正确。
3．我国科学家提出用CO2置换可燃冰(mCH4·nH2O) 中CH4的设想，置换过程如图所示，下列说法正确的是
A．E代表CO2， F代表CH4
B．笼状结构中水分子间主要靠氢键结合 C．CO2置换出CH4的过程是化学变化 D．CO2可置换可燃冰中所有的CH4分子
【答案】B
nH2O) 中CH4，由题图可知E代表CH4， F代表CO2，A错误；笼状结构【解析】CO2置换可燃冰(mCH4·
B正确；中水分子间主要靠氢键结合，由图可知CO2置换出CH4的过程没有形成新的化学键，则CO2置换出CH4的过程是物理变化，C错误；由图可知小笼中的CH4 没有被置换出来，则CO2不可置换可燃冰中所有的CH4分子，D错误。
4．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，则下列说法正确的是
A．CH4→CH3COOH过程中，有极性键的断裂和非极性键的形成 B．①→②吸收能量
C．图中E为该反应的反应热
D．加入催化剂能改变该反应的能量变化 【答案】A
【解析】该过程中甲烷中的C-H键断裂，为极性键的断裂，形成CH3COOH的C-C键，为非极性键形成，A正确；①→②的能量降低，过程为放热过程，B错误；根据图示E为该反应的活化能，C错误；催化剂不能改变反应的能量变化，只改变反应的活化能，D错误。
5．CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下：
下列说法错误的是 A．过程①→②是吸热反应 B．Ni是该反应的催化剂
C．过程①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成 D．反应的总化学方程式可表示为：CH4 + CO2【答案】A
【解析】由图可知，发生CH4+CO2
2CO+2H2，Ni为催化剂，且化学反应中有化学键的断裂和生成，
2CO + 2H2
①→②放出热量，以此来解答。①→②中能量降低，放出热量，A错误；Ni在该反应中做催化剂，改变反应的途径，不改变反应物、生成物，B正确；由反应物、生成物可知，①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成，
NiC正确；由分析可知，反应的总化学方程式可表示为：CH4+CO22CO+2H2，D正确。
6．生物固氮与模拟生物固氮都是重大基础性研究课题。大连理工大学曲景平教授团队设计合成了一类新型邻苯二硫酚桥联双核铁配合物，建立了双铁分子仿生化学固氮新的功能分子模型。如图是所发论文插图。以下说法错误的是
A．催化剂不能改变反应的焓变 B．催化剂不能改变反应的活化能 C．图中反应中间体NXHY数值x < 3 D．图示催化剂分子中包含配位键 【答案】B
【解析】催化剂能够改变反应途径，不能改变反应物、生成物的能量，因此不能改变反应的焓变，A正确；B错误；催化剂能够改变反应途径，降低反应的活化能，在过渡态，氮气分子可能打开叁键中部分或全部共价键，然后在催化剂表面与氢原子结合形成中间产物，故x可能等于1或2，C正确；根据图示可知，在中间体的Fe原子含有空轨道，在S原子、N原子上含有孤对电子，Fe与S、N原子之间通过配位键连接，D正确。
7．我国学者研究出一种用于催化 DMO 和氢气反应获得 EG 的纳米反应器，下图是反应的微观过程示意图。下列说法中正确的是
A．Cu 纳米颗粒是一种胶体 B．DMO 的名称是二乙酸甲酯 C．该催化反应的有机产物只有 EG
D．催化过程中断裂的化学健有 H-H、C-O、C＝O 【答案】D
【解析】Cu纳米颗粒是单质，而胶体是混合物，A错误；DMO的结构示意图中含有2个羧基，名称为乙二酸二甲酯，B错误；该催化反应的有机产物除EG外还有甲醇，C错误；由图及反应CH3COO—COOCH3 + 4 H2
Cu纳米颗粒CH3OH + HOCH2CH2OH可知，催化过程中断裂的化学健有H-H、C-O、C＝O，D正确。
8．我国科学家以MoS2为催化剂，在不同电解质溶液中实现常温电催化合成氨，其反应历程与相对能量模拟计算结果如图。下列说法错误的是
A．Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化
B．两种电解质溶液环境下从N2→NH3的焓变不同 C．MoS2(Li2SO4溶液)将反应决速步(*N2→*N2H)的能量降低 D．N2的活化是N≡N键的断裂与N—H键形成的过程 【答案】B
【解析】从图中可知在Li2SO4溶液中N2的相对能量较低，因此Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化，A正确；反应物、生成物的能量不变，因此反应的焓变不变，与反应途径无关，B错误；根据图示可知MoS2在Li2SO4
C正确；溶液中的能量比Na2SO4溶液中的将反应决速步(*N2→*N2H)的能量大大降低，根据图示可知N2的活化是N≡N键的断裂形成N2H的过程，即是N≡N键的断裂与N—H键形成的过程，D正确。
9．科研人员研发了一种 SUNCAT的系统，借助锂循环可持续合成氨，其原理如下图所示。下列说法错误．．的是
A．过程I得到的Li3N中N元素为—3价
B．过程Ⅱ生成W的反应为Li3N + 3H2O == 3LiOH + NH3↑ C．过程Ⅲ中能量的转化形式为化学能转化为电能 D．过程Ⅲ涉及的反应为4OH－－4e－== O2↑ + 2H2O 【答案】C
【解析】Li3N中锂元素的化合价为+1价，根据化合物中各元素的代数和为0可知，N元素的化合价为-3价，A正确；Li3N与水反应生成氨气和W，W为LiOH，Li2N+3H2O由原理图可知，元素的化合价都无变化，反应方程式：＝3LiOH+NH3↑，B正确；由原理图可知，过程Ⅲ为电解氢氧化锂生成锂单质、氧气和水，电能转化为化学能，C错误；过程Ⅲ电解LiOH产生O2，阳极反应为4OH－－4e－＝O2↑+2H2O，D正确。
10．在金属Pt、Cu和铱（Ir）的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮（NO3−）以达到消除污染的目的。其工作原理的示意图如下：
下列说法不正确的是 ．．．
A．Ir的表面发生反应：H2 + N2O== N2 + H2O B．导电基体上的负极反应：H2－2e− == 2H+ C．若导电基体上只有单原子铜，也能消除含氮污染物
D．若导电基体上的Pt颗粒增多，不利于降低溶液中的含氮量 【答案】C
【解析】根据图示可知，氢气与一氧化二氮在铱（Ir）的催化作用下发生氧化还原反应，生成氮气，反应为：H2 + N2O＝N2 + H2O，A正确；根据图示可知：导电基体上的负极反应：氢气失电子，发生氧化反应，导电基体上的负极反应：H2－2e−＝2H+，B正确；若导电基体上只有单原子铜，硝酸根离子被还原为一氧化氮，不能消除含氮污染物，C错误；从图示可知：若导电基体上的Pt颗粒增多，硝酸根离子得电子变为铵根离子，不利于降低溶液中的含氮量，D正确。
MgO熔点较高，工业上通过电解熔融氯化镁获得镁，A错误；W为Mg，X为O，对应的简单离子Mg2＋、O2－电子层结构相同，核电荷大的半径小，半径顺序为：Mg2＋ 下列叙述错误的是 A．反应①属于氮的固定；反应②可用于合成HNO3 B．在催化剂a、b的作用下，提高了反应速率 C．在反应①和反应②中，均有极性共价键形成 D．在催化剂b作用下，氮原子发生了还原反应 【答案】D 【解析】反应①中，氮由游离态的N2转化为NH3，属于氮的固定；反应②是工业制硝酸的第一步反应，可用于合成HNO3，A正确；催化剂a、b，可以降低反应的活化能，从而提高反应速率，B正确；反应①中，形成N-H键，在反应②中，形成N≡O键，C正确；在催化剂b作用下，氮原子由-3价升高为+2价，失去电子，发生氧化反应，D错误。 12．中科院设计了一种新型的多功能复合催化剂，实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油，其过程如图。下列有关说法正确的是 A．在Na-Fe3O4上发生的反应为CO2 + H2 == CO + H2O B．中间产物Fe5C2的生成是实现CO2转化为汽油的关键 C．催化剂HZMS-5可以提高汽油中芳香烃的平衡产率 D．该过程，CO2转化为汽油的转化率高达78% 【答案】B 【解析】由流程图可知，CO2+H2在Na-Fe3O4催化剂表面反应生成烯烃，根据元素和原子守恒可知，其反应为：2CO2+6H2Na-Fe3O4=CH2=CH2+4H2O，A错误；中间产物Fe5C2是无机物转化为有机物的中间产物，是转 化的关键，B正确；催化剂HZMS-5的作用是加快反应速率，对平衡产率没有影响，C错误；由图分析78%并不是表示CO2转化为汽油的转化率，D错误。 13．氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析合理的是 A．催化剂a表面发生了极性共价键的断裂和形成 B．N2与H2反应生成NH3的原子利用率为100% C．在催化剂b表面形成氮氧键时，不涉及电子转移 D．催化剂a、b能提高反应的平衡转化率 【答案】B 【解析】A.催化剂A表面是氮气与氢气生成氨气的过程，发生的是同种元素之间非极性共价键的断裂，A项错误； B. N2与H2在催化剂a作用下反应生成NH3属于化合反应，无副产物生成，其原子利用率为100%，B项正确； C. 在催化剂b表面形成氮氧键时，氨气转化为NO，N元素化合价由-3价升高到+2价，失去电子，C项错误； D. 催化剂a、b只改变化学反应速率，不能提高反应的平衡转化率，D项错误； 答案选B。 14．科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是 A．由图可以判断合成氨反应属于放热反应 B．氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快 C．整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*+3H2→2N*+6H* D．从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率 【答案】C 【解析】 A．据图可知，始态*N2+3H2的相对能量为0eV，生成物*+2NH3的相对能量约为-1.8eV，反应物的能量高于生成物，所以为放热反应，故A正确； B．图中实线标示出的位点A最大能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点B最大能垒(活化能)，活化能越低，有效碰撞几率越大，化学反应速率越大，故B正确； C．由图像可知，整个反应历程中2N*+3H2→2N*+6H*活化能几乎为零，为最小，故C错误； D．由图像可知氮气活化在位点A上活化能较低，速率较快，故D正确； 故答案为C。 15．我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理,其主反应历程如图所示(H2→*H+* H)。下列说法错误的是 A．向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率 B．带*标记的物质是该反应历程中的中间产物或过渡态 C．二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率达100% D．第③步的反应式为*H3CO+ H2O→CH3OH+*HO 【答案】C 【解析】 A. 反应历程第③步需要水，所以向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率，故A正确； B. 根据图知，带*标记的物质在反应过程中最终被消耗，所以带*标记的物质是该反应历程中的中间产物，故B正确； C. 根据图知，二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水，该反应中除了生成甲醇外还生成水，所以二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率不是100%，故C错误； D. 根据图中信息得到第③步的反应式为*H3CO+ H2O→CH3OH+*HO，故D正确。 综上所述，答案为C。 16．我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理,其主反应历程如图所示(H2→*H+* H)。下列说法错误的是 A．向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率 B．带*标记的物质是该反应历程中的中间产物 C．二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率达100% D．第③步的反应式为*H3CO+ H2O→CH3OH+*HO 【答案】C 【解析】 A. 反应历程第③步需要水，所以向该反应体系中加入少量的水能增加甲醇的收率，故A正确； B. 根据图知，带*标记的物质在反应过程中最终被消耗，所以带*标记的物质是该反应历程中的中间产物，故B正确； C. 根据图知，二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水，该反应中除了生成甲醇外还生成水，所以二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率不是100%，故C错误； D. 第③步中•H3CO、H2O生成CH3OH和•HO，反应方程式为•H3CO+H2O→CH3OH+•HO，故D正确； 故答案为C。 17．合成氨反应 13N2(g)+ H2(g) ƒNH3(g) △H 的反应机理如图所示,图中“吸”表示各气态物质在催化剂22表面吸附。下列说法错误的是 A．该反应的△H = -46 kJ·mol- 1 B．该反应机理中最大活化能为79 kJ·mol- 1 C．升高温度，该反应过渡态的能量会增大 D．该反应达到平衡后增大压强反应正向进行 【答案】C 【解析】 A. △H与始态和终态有关，△H=生成物的总能量减去反应物总能量由图可知，△H=－46kJ·mol与过程无关， －1 ，故A说法正确； B. 该反应的机理中的活化能即为每一步骤的过渡态的总能量减去该步骤的反应物的总能量，由图可知，过 mol－1，故B说法正确； 渡态2步骤的活化能最高，为79kJ· C. 该反应过渡态的能量不会随着温度的改变而改变，故C说法错误； D. 该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向右进行，故D说法正确； 答案：C。 18．我国科研人员使用催化剂CoGa3实现了H2还原肉桂醛生成肉桂醇，反应机理的示意图如下，下列说法不正确的是( ) A．肉桂醇分子中存在顺反异构现象 B．苯丙醛分子中有6种不同化学环境的氢原子 C．还原反应过程只发生了极性键的断裂 D．该催化剂实现了选择性还原肉桂醛中的醛基 【答案】 C 【解析】 A. 肉桂醇分子中碳碳双键连接不同的原子或原子团，具有顺反异构，A正确； B. 由结构简式可知，苯丙醛分子中有6种不同化学环境的氢原子，B正确； C. 还原反应过程中H-H、C=O键断裂，分别为非极性键和极性键，C错误； D. 肉桂醛在催化条件下，只有醛基与氢气发生加成反应，则说明催化剂具有选择性，D正确，故答案为：C。 19．研究表明CO与N2O在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分別为：①N2O+Fe+=N2+FeO (慢）：②FeO++CO=CO2+Fe+ (快）。下列说法正确的是 A．反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应 B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定 C．Fe+使反应的活化能减小，FeO+是中间产物 D．若转移lmol电子，则消耗II.2LN2O 【答案】C 【解析】 A.反应①、②均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，A错误； B.由图可知，Fe++N2O→FeO++N2、FeO++CO→Fe++CO2两步中均为反应物总能量大于生成物总能量，所以两个反应都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应①决定，B错误； C. Fe+作催化剂，使反应的活化能减小，FeO+是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，C正确； D.由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，D错误； 故合理选项是C。 20．我国科技工作者运用DFT计算研究HCOOH在不同催化剂（Pd和Rh）表面分解产生H2的部分反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。下列说法错误的是（ ） A．HCOOH吸附在催化剂表面是一个放热过程 B．Pd、Rh作催化剂时HCOOH分解产生H2的反应热不同 C．该反应过程中有C-H键的断裂，还有C=O键的生成 D．HCOO*+H*=CO2+2H*是该历程的决速步骤 【答案】B 【解析】 A．HCOOH吸附在催化剂表面是能量降低的过程，即为放热过程，故A正确； B．催化剂能改变反应速率，不改变热效应，则Pd、Rh作催化剂时HCOOH分解产生H2的反应热相同，故B错误； C．HCOOH催化分解生成CO2和H2，原来HCOOH分子中存在的化学键1个C-H键、1个C=O键、1个C-O键和1个O-H键；而产物中有2个C=O键和1个H-H，说明反应过程中有C-H键的断裂，还有C=O键的生成，故C正确； D．HCOO*+H*到过渡态Ⅱ活化能最大，是反应消耗能量高的过程，速率最慢，故HCOO*+H*=CO2+2H*是该历程的决速步骤，故D正确； 故答案为B。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容