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《高考12题逐题突破》：无机物转化的新题型——物质转化微观过程探析【核心突破】1．大多数的化学反应不能一步完成，在微观上是分几步完成的，这每一步反应都叫一个基元反应。如反应：H2O2＋2Br－＋2H＋===Br2＋2H2O，通过大量实验提出它们微观过程如下：(1)H＋＋H2O2H3O＋2(2)H3O＋2＋Br－===H2O＋HOBr(3)HOBr＋H＋＋Br－===H2O＋Br22．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产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反应物过渡态产物过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的历程可以表示为：CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH【经典例题】1．(2018·北京，7)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。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解析催化剂不能使平衡发生移动，故不能提高反应物的平衡转化率，D错；CH4＋CO2―→CH3COOH，反应的原子利用率为100%，A对；由题图可知，CH4→CH3COOH有C—H键发生断裂，B对；反应物总能量高于生成物总能量，反应放出能量，①→②形成了C—C键，C对。2．(2018·海南，12改编)炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是()A．每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVC．氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程D．炭黑颗粒不是大气中二氧化碳转化为三氧化硫的催化剂答案C解析根据能量变化图分析，最终结果为活化氧，体系能量降低，则每活化一个氧分子放出0.29eV能量，故A项错误；根据能量图分析，没有水加入的反应活化能为E＝0.75eV，有水加入的反应的活化能为E＝0.57eV，所以水可使氧分子活化反应的活化能降低0.75eV－0.57eV＝0.18eV，故B项错误；根据图像分析，氧分子活化过程中O—O键断裂，生成C—O键，所以氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程，故C项正确；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子产生活化氧，所以炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂，故D项错误。3．(2019·全国卷Ⅰ，10)固体界面上强酸的吸附和离解是多相化学在环境、催化、材料科学等领域研究的重要课题。如图为少量HCl气体分子在253K冰表面吸附和溶解过程的示意图，下列叙述错误的是()A．冰表面第一层中，HCl以分子形式存在B．冰表面第二层中，H＋浓度为5×10－3mol·L－1(设冰的密度为0.9g·cm－3)C．冰表面第三层中，冰的氢键网络结构保持不变D．冰表面各层之间，均存在可逆反应HClH＋＋Cl－答案D解析观察图示知，第一层只存在HCl分子，HCl没有电离，A项正确，D项错误；在冰表面第二层中，假设H2O的物质的量为1mol，则n(Cl－)＝1×10－4mol，n(Cl－)＝n(H＋)，冰的体积V＝1mol×18g·mol－10.9g·cm－3＝20.00cm3，c(H＋)＝1×10－4mol20×10－3L＝5.0×10－3mol·L－1，B项正确；第三层中水分子结构不变，每个水分子与4个水分子形成氢键，氢键网络结构保持不变，C项正确。【提升训练答案+解析】1．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解析催化剂a表面是氢气和氮气反应生成氨气，催化剂a表面发生了非极性共价键的断裂和极性共价键的形成，故A项错误；N2与H2反应生成NH3，反应物参加反应过程中原子利用率为100%，故B项正确；催化剂b表面是氨气催化氧化生成NO的反应，发生的是氧化还原反应，故C项错误；催化剂a、b改变反应速率，不改变化学平衡，不能提高反应的平衡转化率，故D项错误。2．过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)的反应历程如下，下列有关说法中正确的是()第一步：＋C—O―→(慢反应)第二步：―→N—O＋O—C—O(快反应)A．第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞B．活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快C．第一步反应需要吸收能量D．该反应的反应速率主要取决于第二步反应答案C解析活化分子之间的碰撞不一定能发生反应，不一定是有效碰撞，故A项错误；活化配合物的能量越高，第一步反应速率越慢，故B项错误；第一步反应是断裂化学键，需要吸收能量，故C项正确；反应速率主要取决于慢反应的速率，故D项错误。3．某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程，该历程示意图如下(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是()A．HAP能提高HCHO与O2的反应速率B．HCHO在反应过程中，有C—H键发生断裂C．根据图示信息，CO2分子中的氧原子全部来自O2D．该反应可表示为：HCHO＋O2――→HAPCO2＋H2O答案C解析根据图知，HAP在第一步反应中作反应物、第二步反应中作生成物，所以为催化剂，催化剂能改变化学反应速率，故A项正确；HCHO在反应中有C—H键断裂和C===O键形成，所以甲醛被氧化生成二氧化碳和水，故B项正确；根据图知，CO2分子中的氧原子一部分还来自于甲醛，故C项错误；该反应中反应物是甲醛和氧气，生成物是二氧化碳和水，HAP为催化剂，反应方程式为HCHO＋O2――→HAPCO2＋H2O，故D项正确。