催化反应机理与反应历程分析是高考化学的难点之一，常以图像为载体考查催化剂的作用、能垒计算、决速步骤判断等核心内容。以下是结合近年高考真题和命题趋势总结的解题技巧：

一、催化剂与中间产物的判断

1. 催化剂的识别

  • 催化剂在反应机理图中以“循环”形式存在，即先作为反应物参与反应，最终又以生成物形式再生。
  • 示例：在Fe³⁺催化H₂O₂分解的反应中，Fe³⁺先被消耗（生成Fe²⁺），后续又被重新生成，因此是催化剂。
  • 技巧：环状机理图中，进入循环的箭头起点物质是反应物，终点是生成物；环上物质是催化剂或中间产物。

    • 2. 中间产物的特点

  • 中间产物是反应过程中短暂存在的物质，既是某一步的生成物，又是下一步的反应物，且不参与总反应式。
  • 示例：在MoO₃催化的脱氧脱水反应中，中间产物为环上的MoO₂(OH)₂、MoO₂(OH)等。

    • 二、能垒图与决速步骤分析

    1. 能垒的定义与计算

  • 能垒是某一步反应中过渡态能量与反应物能量的差值，最大能垒对应的步骤为决速步骤（慢反应）。
  • 示例：2019年全国1卷中，水煤气变换的最大能垒为1.86 eV−(−0.16 eV)=2.02 eV，对应步骤为COOH转化为过渡态的过程。
  • 技巧：能量上升阶段为能垒，能垒越大反应速率越慢。

    • 2. 催化剂的作用

  • 催化剂通过降低各步反应的活化能（尤其是决速步骤的活化能）加快反应速率，但总反应的ΔH不变。
  • 对比：若两种催化剂对同一反应的能垒降低幅度不同，能垒更低的催化剂效果更好。

    • 三、总反应方程式的书写方法

    1. 通过循环图确定总反应

  • 步骤：

    • （1）找出进入循环的反应物和脱离循环的生成物；

    （2）根据守恒定律配平总反应式。

  • 示例：H₂S与O₂在Fe³⁺催化下的总反应为2H₂S + O₂ → 2S↓ + 2H₂O。

    • 2. 注意副产物与条件

  • 若图像中涉及多个中间步骤，需排除中间产物，仅保留总反应的反应物和生成物。

    • 四、能量变化图像与反应热的判断

    1. 放热与吸热反应的判断

  • 总反应ΔH = 反应物总能量 − 生成物总能量。若生成物总能量更低，则为放热反应（ΔH < 0）。
  • 示例：2017年苏教版示意图中，正反应活化能（Ea）与逆反应活化能（Ea'）的差值即为ΔH。

    • 2. 催化剂对能量图的影响

  • 催化剂降低正、逆反应的活化能，但不改变反应的热效应。在能量图中表现为“双峰”变为“多峰”，但起点和终点不变。

    • 五、高考高频题型与解题模板

    1. 题型分类

  • 能垒图：计算活化能、判断决速步骤、比较催化剂效果。
  • 环式机理图：识别催化剂与中间产物、书写总反应式。
  • 过渡态能量图：分析吸放热、反应速率与活化能关系。

    • 2. 解题步骤

  • 三步法：

    • （1）审题：明确图像类型（能垒图/机理图）及问题指向；

    （2）提取信息：标注反应物、生成物、催化剂、中间产物；

    （3）关联考点：结合活化能、ΔH、决速步骤等知识点解答。

    六、易错点与应对策略

    1. 误区

  • 误将中间产物写入总反应式；混淆催化剂与反应物/生成物；忽略能垒图中的相对能量差值计算。

    • 2. 建议

  • 强化教材基础（如人教版、鲁科版催化剂示意图），熟悉基元反应与过渡态理论。
  • 结合真题训练，如2018年海南卷、2024年北京卷等，总结命题规律。

    • 总结：催化反应机理题需从微观视角分析能量变化、物质转化及催化剂作用。掌握“能垒计算、决速步骤、总反应式书写”三大核心能力，结合图像信息灵活解题，是攻克此类题型的关键。