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第3课时　活化能
1.宏观辨识与微观探析:知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响;知道催化剂可以改变反应历程。2.证据推理与模型认知:能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响,体会理论模型的建构过程,强化模型认知意识。
知识点一　活化能
1.基元反应
大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。例如,2HIH2+I2实际上是经过两步反应完成的:2HIH2+2I·,2I·I2。每一步反应都称为基元反应,它反映了化学反应的反应历程。
2.碰撞理论
(1)有效碰撞
(2)活化分子和活化能
①活化分子:是指具有足够的能量、能够发生有效碰撞的分子。
②活化能:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。
③化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系
E1表示反应的活化能,E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量,E1-E2表示反应热,即ΔH。
活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的(改变外界条件也可以改变反应的活化能,如加入催化剂),即反应物自身的性质影响着化学反应所需的活化能,从而影响化学反应速率的大小。
1.下列说法不正确的是 (　B　)
①当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时,才能发生化学反应
②发生有效碰撞的分子一定是活化分子
③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
④活化分子间每次碰撞都发生化学反应
⑤能发生有效碰撞的分子必须具有足够高的能量
A.①④　 B.③④
C.④⑤　 D.②⑤
解析:当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时,才能发生化学反应,即活化分子发生有效碰撞,才能发生化学反应,故①正确;发生有效碰撞的分子一定是活化分子,故②正确;活化分子间的碰撞有合适取向时才是有效碰撞,故③错误;活化分子间发生有效碰撞才能发生化学反应,故④错误;能发生有效碰撞的分子一定是活化分子,必须具有足够高的能量,故⑤正确。
2.甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4CH3—CH3+H2,该反应的机理如下:
①CH4·CH3+·H;
②·CH3+CH4CH3—CH3+H·;
③CH4+H··CH3+H2;
④·CH3+H·CH4。
补充反应②的方程式。
3.由反应物粒子一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现的:①Ce4++Mn2+Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+Ti3++Mn2+。由此可知:
(1)该反应的总反应的方程式为2Ce4++Ti+2Ce3++Ti3+。
(2)该反应的催化剂是Mn2+。
解析:(1)①+②+③可得总反应的方程式为2Ce4++Ti+2Ce3++Ti3+。(2)催化剂是在化学反应里能改变化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4+最终变为Ce3+,Ti+变为Ti3+,Mn2+没变,故为催化剂。
　　知识点二　利用碰撞理论解释影响化学反应速率的因素
1.快反应、慢反应以及决速步骤
在某个化学反应历程的所有基元反应中,活化能大的基元反应,化学反应速率慢,称之为慢反应;活化能小的基元反应,化学反应速率快,称之为快反应;整个反应的快慢取决于最慢的基元反应,该基元反应称之为该反应的决速反应,也称决速步骤。
2.外界条件对化学反应速率影响的理论解释
(1)浓度
反应物的浓度增大→单位体积内的活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
(2)压强
缩小容器的容积→反应体系压强增大→反应物的浓度增大→单位体积内的活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
(3)温度
升高温度→反应物分子的能量增加→原来能量较低的分子变成活化分子→活化分子百分数增加→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
(4)催化剂
使用合适的催化剂→改变化学反应的反应历程→使反应的活化能降低→原来能量较低的分子变成活化分子→活化分子百分数增加→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大。如图是加入催化剂前后反应历程的变化。
分析上述图像,回答下列问题:
①虚线表示加入(填“加入”或“未加入”)催化剂的反应图像。
②加入催化剂后,E1减小(填“增大”“减小”或“不变”,下同),E2减小,且变化的程度相同(填“相同”或“不同”),v正增大(填“增大”“减小”或“不变”,下同),v逆增大,反应的焓变不变。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)活化能大的反应一定是吸热反应。 (　×　)
(2)催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH也会发生变化。 (　×　)
(3)活化能越高,反应越难发生,反应速率越慢。 (　√　)
(4)增大反应物的浓度,使活化分子百分数增加,化学反应速率增大。 (　×　)
(5)增大压强,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大。(　×　)
(6)升高反应体系温度,活化分子百分数一定增加,化学反应速率一定增大。 (　√　)
1.对于反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),改变下列条件,能提高产生氢气的速率且提高单位体积内活化分子百分数的是 (　C　)
A.增加铁的量
B.将容器的体积缩小一半
C.适当升高温度
D.保持体积不变,充入N2使体系压强增大
解析:A项,固体量增加不改变反应速率和活化分子百分数,不符合题意;B项,缩小体积虽提高浓度,但活化分子百分数不变,不符合题意;C项,升温同时提高活化分子百分数和反应速率,符合题意;D项,充入N2不改变反应速率和活化分子百分数,不符合题意。
2.已知:ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能。基元反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH=+15 kJ·mol-1,若该反应的正反应活化能表示为a kJ·mol-1,关于a的值,下列判断正确的是(　A　)
A.a大于15 B.a等于15
C.a小于15 D.无法确定
解析:根据ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,且ΔH=+15 kJ·mol-1,可得a=Ea(正)=Ea(逆)+15。由于逆反应活化能Ea(逆)必为正值(活化能不可能为负或零),因此a一定大于15,A正确。
3.科学家提出2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)的反应历程:
第一步　N2O5NO2+NO3　快速平衡
第二步　NO2+NO3NO+NO2+O2　慢反应
第三步　NO+NO32NO2　快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 (　B　)
A.反应的中间产物只有NO3
B.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
C.第三步反应活化能比第二步高
D.反应历程的最后一步为决速步
解析:反应的中间产物有NO3、NO,A错误;第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效,有部分分子活化能低于活化分子或没有合适的取向,碰撞无效,B正确;第三步是快反应,第三步反应活化能比第二步低,C错误;反应历程中最慢的一步即第二步为决速步,D错误。
1.化学反应是有历程的,下列有关叙述错误的是(　A　)
A.所有的化学反应都由多个基元反应构成
B.化学反应不同,反应历程就不相同
C.反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程
D.由多个基元反应构成的化学反应中,其反应快慢取决于反应历程中的慢反应
解析:大多数反应是由多个基元反应构成的,不是所有反应,A错误;反应历程中的慢反应由于反应时间较长,决定着由多个基元反应构成的化学反应的快慢,D正确。
2.工业制氢原理是C+H2OCO+H2,改变下列条件,能提高反应物活化分子百分数的是(　B　)
A.将炭块改为炭粉 B.加入高效催化剂
C.恒容,充入稀有气体 D.增大水蒸气浓度
解析:通过增大表面积提高反应速率,但未改变反应物活化分子百分数,A不符合题意;催化剂能降低活化能,提高反应物活化分子百分数,B符合题意;反应物浓度不变,且未改变反应物活化分子百分数,C不符合题意;增大水蒸气浓度,只能增大单位体积的活化分子数,但活化分子百分数仍不变,D不符合题意。
3.下列说法不正确的是 (　B　)
A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B.图乙中HI分子发生了有效碰撞
C.盐酸和NaOH溶液的反应活化能接近于零
D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加
解析:由题图乙可知,HI分子碰撞后没有发生化学反应,此碰撞不是有效碰撞,故B错误。
4.甲酸(HCOOH)在Pd/C催化剂表面催化释氢的机理如图所示。已知第一步与第三步是快反应,第二步是慢反应。下列说法正确的是(　A　)
A.用氘化甲酸(HCOOD或DCOOH)代替HCOOH,得到的是HD和CO2
B.HCOOHCO2+H2的反应速率由第一步和第三步决定
C.使用更高效的催化剂,能降低活化能并增大反应的焓变
D.第一步断裂的化学键是碳氢键
解析:由题图可知,生成H2的H+来自HCOOH中的O—H,[H]-来自C—H,若用HCOOD,则O—D断裂生成D+,C—H断裂生成[H]-,结合为HD;若用DCOOH,则O—H断裂生成H+,
C—D断裂生成[D]-,结合为HD,均得到HD和CO2,A正确。总反应速率由慢反应决定,题中第二步为慢反应,故反应速率由第二步决定,B错误。催化剂降低活化能但不改变反应焓变,C错误。第一步是HCOOH在催化剂表面反应生成,甲酸(HCOOH)结构为,断裂的是羧基中的O—H,D错误。
(总分:55分)
1.(3分)下列有关碰撞理论的说法正确的是(　D　)
A.活化分子数目越多,反应速率越大
B.反应速率与有效碰撞次数成正比
C.活化分子的平均能量就是活化能
D.降低温度,活化分子百分数减小,反应速率减小
解析:单位体积内的活化分子数越多,单位时间内有效碰撞次数越多,反应速率越大,A错误;反应速率与单位时间内有效碰撞次数成正比,B错误;活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能,C错误;降低温度,活化分子百分数减小,单位体积内的活化分子数减少,反应速率减小,D正确。
2.(3分)升高温度,反应速率增大的主要原因是(　D　)
A.分子运动速率增大
B.活化能增加
C.体系能量增加
D.活化分子的百分数增大
解析:升高温度,活化分子百分数增大,活化分子数目增多,单位时间内分子之间的有效碰撞次数增加,化学反应速率增大,D符合题意。
3.(3分)XY+Z是一个吸热的可逆基元反应,其正反应的活化能为Ea,逆反应的活化能为E'a,则下列活化能大小关系表述正确的是 (　A　)
A.Ea>E'a B.EaC.Ea= D.Ea=E'a
解析:XY+Z是一个吸热的可逆基元反应,其正反应的活化能为Ea,逆反应的活化能为E'a,则Ea=E'a+ΔH,ΔH>0,则Ea>E'a,故选A。
4.(3分)已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)　ΔH=-a kJ· mol-1(a>0),其反应机理如下:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g)　快
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g)　慢
下列有关该反应的说法不正确的是(　B　)
A.该反应的速率主要取决于②的快慢
B.NOBr2是该反应的催化剂
C.正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1
D.增大NO(g)浓度能增加单位体积内的活化分子数目,增大反应速率
解析:反应速率主要取决于慢反应,②是慢反应,是决速反应,故A正确;NOBr2在第一个反应中生成,在第二个反应中消耗,是该反应的中间产物,故B错误;由于该反应为放热反应,说明反应物总能量高于生成物总能量,所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1,故C正确;增大NO(g)浓度,单位体积内分子总数增加,能增加单位体积内的活化分子数目,增大反应速率,故D正确。
5.(3分)已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1,下列叙述正确的是(　C　)
A.恒温恒压条件下加入惰性气体,活化分子数不变,反应速率不变
B.恒温恒容条件下,加入水蒸气,活化分子百分数增大,反应速率增大
C.升高温度,活化分子百分数增大,有效碰撞概率增大,反应速率增大
D.加入合适的催化剂,可降低反应的活化能和焓变,活化分子百分数增大,反应速率增大
解析:恒温恒压条件下加入惰性气体,容器容积增大,反应物浓度减小,反应速率减小,A错误;恒温恒容条件下,加入水蒸气,反应物浓度增大,反应速率增大,但活化分子百分数不变,B错误;升高温度,活化分子数目增多,分子总数不变,故活化分子百分数增大,有效碰撞概率增大,反应速率增大,C正确;加入合适的催化剂,可降低反应的活化能,活化分子百分数增大,反应速率增大,但催化剂不能改变焓变,D错误。
6.(3分)某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是(　C　)
A.反应过程a有催化剂参与
B.加入催化剂,可改变该反应的活化能,也能改变反应的ΔH
C.过程b分两步进行,第一步为慢反应
D.该反应为吸热反应,升高温度,活化分子百分数升高,反应速率加快
解析:b过程活化能降低,所以b过程有催化剂参与,A错误;加入催化剂,只可改变该反应的活化能,不会改变反应物与生成物总能量,所以ΔH不变,B错误;过程b中第一步活化能更大,为慢反应,C正确;由于反应物总能量高于生成物总能量,所以该反应为放热反应,D错误。
7.(3分)一定条件下,CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列说法错误的是 (　D　)
A.该反应为吸热反应
B.该反应包括4个基元反应
C.第四步反应为该反应的决速步
D.第一步反应既存在非极性键的断裂,又存在极性键的断裂
解析:由题图可知,反应物的能量比最终生成物的能量低,故反应为吸热反应,A正确;该反应共包括CH4CH3+H、CH3CH2+H、CH2CH+H、CHC+H这四个基元反应,B正确;活化能最大的基元反应为反应的决速步,由题图可知,第四步反应CHC+H的活化能最大,为决速步,C正确;第一步基元反应CH4CH3+H,只涉及C—H极性共价键的断裂,不涉及非极性键的断裂,D错误。
8.(3分)已知反应S2(aq)+2I-(aq)2S(aq)+I2(aq),若向该溶液中加入Fe3+,反应机理如下图所示。下列说法错误的是 (　D　)
A.反应①吸热,反应②放热
B.反应①活化能大,是总反应的决速步骤
C.反应②的活化能:Ea(正)D.Fe3+的参与降低了该反应的ΔH
解析:反应①生成物总能量大于反应物总能量,为吸热反应,反应②生成物总能量低于反应物总能量,为放热反应,A正确;反应①的活化能比反应②大,反应①是总反应的决速步骤,B正确;反应②为放热反应,则反应②的活化能:Ea(正)9.(14分)请回答下列问题。
(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH1=-99 kJ·mol-1。
①E1表示正反应活化能;E2表示逆反应活化能。
②E1、E2的大小对该反应的反应热无(填“有”或“无”)影响。
③图中ΔH=-198 kJ·mol-1。
(2)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH=-49 kJ·mol-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是A(填字母),判断的理由是ΔH1是正值,ΔH2和ΔH是负值,反应①的活化能大于反应②。
解析:(1)①根据题中图示,A表示反应物总能量,C表示生成物总能量,E1表示正反应活化能,E2表示逆反应活化能。②反应热取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小,与活化能无关,E1、E2的大小对该反应的反应热无影响。③已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH1=-99 kJ·mol-1,题图中ΔH=-99×2 kJ·mol-1=-198 kJ·mol-1。(2)根据盖斯定律,①+②可得CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=(+41 kJ·mol-1)+(-90 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1,该反应总反应为放热反应,因此生成物总能量低于反应物总能量,反应①为慢反应,因此反应①的活化能高于反应②,同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量,反应②的反应物总能量高于生成物总能量。
10.(17分)请回答下列问题。
(1)我国科学家利用计算机模拟了甲醇(CH3OH)与水在铜基催化剂上的反应机理和能量变化(如图):
①反应Ⅰ的ΔH>(填“<”“>”或“=”)0,反应Ⅱ的活化能是a kJ·mol-1。
②在相同条件下反应Ⅰ的反应速率<(填“<”“>”或“=”)反应Ⅱ的反应速率。
③写出反应Ⅱ的热化学方程式:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-b kJ·mol-1[或CO(g)+H2O(g)+2H2(g) CO2(g)+3H2(g)　ΔH=-b kJ·mol-1]。
(2)硫铁矿焙烧得到的SO2可用于接触法制硫酸。V2O5常作SO2催化氧化反应的催化剂,反应过程能量变化如图所示。
①总反应分两步进行:
第Ⅰ步:V2O5(s)+SO2(g)SO3(g)+V2O4(s);
第Ⅱ步:2V2O4(s)+O2(g) 2V2O5(s)(补充化学方程式)。决定反应速率的是反应Ⅰ(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②下列有关V2O5作用的叙述错误的是A(填字母)。
A.改变反应历程,降低(E2-E1)的值
B.能提高反应物的活化分子百分数
C.能提高生产效率节省能源
解析:(1)①由反应过程能量图可知反应Ⅰ的生成物总能量高于反应物总能量,该反应是吸热反应,ΔH>0;活化能是活化分子具有的平均能量(图像最高点)与反应物分子具有的平均能量的差值,则反应Ⅱ的活化能是a kJ·mol-1。②反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ的活化能,故在相同条件下反应Ⅰ的反应速率比反应Ⅱ的反应速率小。(2)①SO2的催化氧化反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应Ⅱ的化学方程式为2V2O4(s)+O2(g) 2V2O5(s);反应的活化能越大,反应速率越慢,决定反应速率的为慢反应,由题图可知,反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ,所以反应Ⅰ是慢反应。②SO2的催化氧化反应的焓变ΔH=-(E2-E1)kJ·mol-1,催化剂不能改变反应的焓变值,所以V2O5不能改变(E2-E1)的值,A错误;催化剂能改变反应历程,降低活化能,增大活化分子的百分数,B正确;催化剂能加快反应速率,提高单位时间内反应物的转化率,从而提高生产效率节省能源,C正确。(共54张PPT)
第二章　化学反应速率与化学平衡
第一节　化学反应速率
第3课时　活化能
目
录
知识点二　利用碰撞理论解释影响化学反应速率的因素
课时作业
知识点一　活化能
即时演练
1.宏观辨识与微观探析:知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响;知道催化剂可以改变反应历程。2.证据推理与模型认知:能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响,体会理论模型的建构过程,强化模型认知意识。
核心素养发展目标
一
知识点一　活化能
1.基元反应
大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。例如,2HI H2+I2实际上是经过两步反应完成的:2HI
H2+2I·,2I· I2。每一步反应都称为________,它反映了化学反应的反应历程。
基元反应
2.碰撞理论
(1)有效碰撞
化学反应
能量
取向
(2)活化分子和活化能
①活化分子:是指具有足够的____、能够发生有效碰撞的分子。
②活化能:活化分子具有的________与反应物分子具有的________之差。
③化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系
E1表示反应的______,E2表示________________________________,______表示反应热,即ΔH。
能量
平均能量
平均能量
活化能
活化分子变成生成物分子放出的能量
E1-E2
活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的(改变外界条件也可以改变反应的活化能,如加入催化剂),即反应物自身的性质影响着化学反应所需的活化能,从而影响化学反应速率的大小。
1.下列说法不正确的是 (　 　)
①当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时,才能发生化学反应
②发生有效碰撞的分子一定是活化分子
③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
④活化分子间每次碰撞都发生化学反应
⑤能发生有效碰撞的分子必须具有足够高的能量
A.①④　 B.③④
C.④⑤　 D.②⑤
B
解析:当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时,才能发生化学反应,即活化分子发生有效碰撞,才能发生化学反应,故①正确;发生有效碰撞的分子一定是活化分子,故②正确;活化分子间的碰撞有合适取向时才是有效碰撞,故③错误;活化分子间发生有效碰撞才能发生化学反应,故④错误;能发生有效碰撞的分子一定是活化分子,必须具有足够高的能量,故⑤正确。
2.甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4 CH3—CH3+H2,该反应的机理如下:
①CH4 ·CH3+·H;
②____________________________;
③CH4+H· ·CH3+H2;
④·CH3+H· CH4。
补充反应②的方程式。
·CH3+CH4 CH3—CH3+H·
3.由反应物粒子一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现的:①Ce4++Mn2+ Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+
Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+ Ti3++Mn2+。由此可知:
(1)该反应的总反应的方程式为______________________。
解析:①+②+③可得总反应的方程式为2Ce4++Ti+ 2Ce3++Ti3+。
(2)该反应的催化剂是____。
解析:催化剂是在化学反应里能改变化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4+最终变为Ce3+,Ti+变为Ti3+,Mn2+没变,故为催化剂。
2Ce4++Ti+ 2Ce3++Ti3+
Mn2+
二
知识点二　利用碰撞理论解释影响化学反应速率的因素
1.快反应、慢反应以及决速步骤
在某个化学反应历程的所有基元反应中,活化能__的基元反应,化学反应速率慢,称之为慢反应;活化能__的基元反应,化学反应速率快,称之为快反应;整个反应的快慢取决于____的基元反应,该基元反应称之为该反应的决速反应,也称决速步骤。
2.外界条件对化学反应速率影响的理论解释
(1)浓度
反应物的浓度增大→单位体积内的活化分子数____→单位时间内有效碰撞的次数____→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
大
最慢
小
增多
增加
(2)压强
缩小容器的容积→反应体系压强____→反应物的浓度____→单位体积内的活化分子数____→单位时间内有效碰撞的次数____→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
(3)温度
升高温度→反应物分子的能量____→原来能量较低的分子变成________→活化分子百分数____→单位时间内有效碰撞的次数____→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。
增大
增大
增多
增加
增加
活化分子
增加
增加
(4)催化剂
使用合适的催化剂→改变化学反应的________→使反应的活化能____→原来能量较低的分子变成________→活化分子百分数____→单位时间内有效碰撞的次数____→化学反应速率增大。如图是加入催化剂前后反应历程的变化。
反应历程
降低
活化分子
增加
增加
分析上述图像,回答下列问题:
①虚线表示____(填“加入”或“未加入”)催化剂的反应图像。
②加入催化剂后,E1____(填“增大”“减小”或“不变”,下同),E2____,且变化的程度____(填“相同”或“不同”),v正____(填“增大”“减小”或“不变”,下同),v逆____,反应的焓变____。
加入
减小
减小
相同
增大
增大
不变
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)活化能大的反应一定是吸热反应。 (　 　)
(2)催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH也会发生变化。 (　 　)
(3)活化能越高,反应越难发生,反应速率越慢。(　 　)
(4)增大反应物的浓度,使活化分子百分数增加,化学反应速率增大。 (　 　)
(5)增大压强,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大。(　 　)
(6)升高反应体系温度,活化分子百分数一定增加,化学反应速率一定增大。 (　 　)
基础诊断
×
×
√
×
×
√
1.对于反应3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g),改变下列条件,能提高产生氢气的速率且提高单位体积内活化分子百分数的是 (　 　)
A.增加铁的量
B.将容器的体积缩小一半
C.适当升高温度
D.保持体积不变,充入N2使体系压强增大
C
解析:A项,固体量增加不改变反应速率和活化分子百分数,不符合题意;B项,缩小体积虽提高浓度,但活化分子百分数不变,不符合题意;C项,升温同时提高活化分子百分数和反应速率,符合题意;D项,充入N2不改变反应速率和活化分子百分数,不符合题意。
2.已知:ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能。基元反应:CO2(g)+H2(g)
HCOOH(g)　ΔH=+15 kJ·mol-1,若该反应的正反应活化能表示为a kJ·mol-1,关于a的值,下列判断正确的是 (　 　)
A.a大于15 B.a等于15
C.a小于15 D.无法确定
解析:根据ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,且ΔH=+15 kJ·mol-1,可得a=Ea(正)=Ea(逆)+15。由于逆反应活化能Ea(逆)必为正值(活化能不可能为负或零),因此a一定大于15,A正确。
A
3.科学家提出2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)的反应历程:
第一步　N2O5 NO2+NO3　快速平衡
第二步　NO2+NO3 NO+NO2+O2　慢反应
第三步　NO+NO3 2NO2　快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是(　 　)
A.反应的中间产物只有NO3
B.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
C.第三步反应活化能比第二步高
D.反应历程的最后一步为决速步
B
解析:反应的中间产物有NO3、NO,A错误;第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效,有部分分子活化能低于活化分子或没有合适的取向,碰撞无效,B正确;第三步是快反应,第三步反应活化能比第二步低,C错误;反应历程中最慢的一步即第二步为决速步,D错误。
三
即时演练
A
1.化学反应是有历程的,下列有关叙述错误的是(　 　)
A.所有的化学反应都由多个基元反应构成
B.化学反应不同,反应历程就不相同
C.反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程
D.由多个基元反应构成的化学反应中,其反应快慢取决于反应历程中的慢反应
解析:大多数反应是由多个基元反应构成的,不是所有反应,A错误;反应历程中的慢反应由于反应时间较长,决定着由多个基元反应构成的化学反应的快慢,D正确。
B
2.工业制氢原理是C+H2O CO+H2,改变下列条件,能提高反应物活化分子百分数的是(　 　)
A.将炭块改为炭粉 B.加入高效催化剂
C.恒容,充入稀有气体 D.增大水蒸气浓度
解析:通过增大表面积提高反应速率,但未改变反应物活化分子百分数,A不符合题意;催化剂能降低活化能,提高反应物活化分子百分数,B符合题意;反应物浓度不变,且未改变反应物活化分子百分数,C不符合题意;增大水蒸气浓度,只能增大单位体积的活化分子数,但活化分子百分数仍不变,D不符合题意。
B
3.下列说法不正确的是 (　 　)
A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B.图乙中HI分子发生了有效碰撞
C.盐酸和NaOH溶液的反应活化能接近于零
D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数
增多,单位时间内有效碰撞次数增加
解析:由题图乙可知,HI分子碰撞后没有发生化学反应,此碰撞不是有效碰撞,故B错误。
A
4.甲酸(HCOOH)在Pd/C催化剂表面催化释氢的机理如图所示。已知第一步与第三步是快反应,第二步是慢反应。下列说法正确的是 (　 　)
A.用氘化甲酸(HCOOD或DCOOH)代替HCOOH,得到的是HD和CO2
B.HCOOH CO2+H2的反应速率由第一步和第三步决定
C.使用更高效的催化剂,能降低活化能并增大反应的焓变
D.第一步断裂的化学键是碳氢键
解析:由题图可知,生成H2的H+来自HCOOH中的O—H,[H]-来自C—H,若用HCOOD,则O—D断裂生成D+,C—H断裂生成[H]-,结合为HD;若用DCOOH,则O—H断裂生成H+,C—D断裂生成[D]-,结合为HD,均得到HD和CO2,A正确。总反应速率由慢反应决定,题中第二步为慢反应,故反应速率由第二步决定,B错误。催化剂降低活化能但不改变反应焓变,C错误。第一步是HCOOH在催化剂表面反应生成 ,甲酸
(HCOOH)结构为 ,断裂的是羧基中的O—H,D错误。
四
课时作业6
D
1.(3分)下列有关碰撞理论的说法正确的是(　 　)
A.活化分子数目越多,反应速率越大
B.反应速率与有效碰撞次数成正比
C.活化分子的平均能量就是活化能
D.降低温度,活化分子百分数减小,反应速率减小
解析:单位体积内的活化分子数越多,单位时间内有效碰撞次数越多,反应速率越大,A错误;反应速率与单位时间内有效碰撞次数成正比,B错误;活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能,C错误;降低温度,活化分子百分数减小,单位体积内的活化分子数减少,反应速率减小,D正确。
2.(3分)升高温度,反应速率增大的主要原因是(　 　)
A.分子运动速率增大
B.活化能增加
C.体系能量增加
D.活化分子的百分数增大
解析:升高温度,活化分子百分数增大,活化分子数目增多,单位时间内分子之间的有效碰撞次数增加,化学反应速率增大,D符合题意。
D
3.(3分)X Y+Z是一个吸热的可逆基元反应,其正反应的活化能为Ea,逆反应的活化能为E'a,则下列活化能大小关系表述正确的是 (　 　)
A.Ea>E'a B.EaC.Ea= D.Ea=E'a
解析:X Y+Z是一个吸热的可逆基元反应,其正反应的活化能为Ea,逆反应的活化能为E'a,则Ea=E'a+ΔH,ΔH>0,则Ea>E'a,故选A。
A
B
4.(3分)已知反应:2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)　ΔH=-a kJ· mol-1(a>0),其反应机理如下:
①NO(g)+Br2(g) NOBr2(g)　快
②NO(g)+NOBr2(g) 2NOBr(g)　慢
下列有关该反应的说法不正确的是 (　 　)
A.该反应的速率主要取决于②的快慢
B.NOBr2是该反应的催化剂
C.正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1
D.增大NO(g)浓度能增加单位体积内的活化分子数目,增大反应速率
解析:反应速率主要取决于慢反应,②是慢反应,是决速反应,故A正确;NOBr2在第一个反应中生成,在第二个反应中消耗,是该反应的中间产物,故B错误;由于该反应为放热反应,说明反应物总能量高于生成物总能量,所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1,故C正确;增大NO(g)浓度,单位体积内分子总数增加,能增加单位体积内的活化分子数目,增大反应速率,故D正确。
5.(3分)已知CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1,下列叙述正确的是 (　 　)
A.恒温恒压条件下加入惰性气体,活化分子数不变,反应速率不变
B.恒温恒容条件下,加入水蒸气,活化分子百分数增大,反应速率增大
C.升高温度,活化分子百分数增大,有效碰撞概率增大,反应速率增大
D.加入合适的催化剂,可降低反应的活化能和焓变,活化分子百分数增大,反应速率增大
C
解析:恒温恒压条件下加入惰性气体,容器容积增大,反应物浓度减小,反应速率减小,A错误;恒温恒容条件下,加入水蒸气,反应物浓度增大,反应速率增大,但活化分子百分数不变,B错误;升高温度,活化分子数目增多,分子总数不变,故活化分子百分数增大,有效碰撞概率增大,反应速率增大,C正确;加入合适的催化剂,可降低反应的活化能,活化分子百分数增大,反应速率增大,但催化剂不能改变焓变,D错误。
C
6.(3分)某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是(　 　)
A.反应过程a有催化剂参与
B.加入催化剂,可改变该反应的活化能,也能改变反应的ΔH
C.过程b分两步进行,第一步为慢反应
D.该反应为吸热反应,升高温度,活化分子百分数升高,反应速率加快
解析:b过程活化能降低,所以b过程有催化剂参与,A错误;加入催化剂,只可改变该反应的活化能,不会改变反应物与生成物总能量,所以ΔH不变,B错误;过程b中第一步活化能更大,为慢反应,C正确;由于反应物总能量高于生成物总能量,所以该反应为放热反应,D错误。
7.(3分)一定条件下,CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列说法错误的是(　 　)
A.该反应为吸热反应
B.该反应包括4个基元反应
C.第四步反应为该反应的决速步
D.第一步反应既存在非极性键的断裂,又存在极性键的断裂
D
解析:由题图可知,反应物的能量比最终生成物的能量低,故反应为吸热反应,A正确;该反应共包括CH4 CH3+H、CH3 CH2+H、CH2
CH+H、CH C+H这四个基元反应,B正确;活化能最大的基元反应为反应的决速步,由题图可知,第四步反应CH C+H的活化能最大,为决速步,C正确;第一步基元反应CH4 CH3+H,只涉及C—H极性共价键的断裂,不涉及非极性键的断裂,D错误。
D
8.(3分)已知反应S2(aq)+2I-(aq) 2S(aq)+I2(aq),若向该溶液中加入Fe3+,反应机理如下图所示。下列说法错误的是 (　 　)
A.反应①吸热,反应②放热
B.反应①活化能大,是总反应的决速步骤
C.反应②的活化能:Ea(正)D.Fe3+的参与降低了该反应的ΔH
解析:反应①生成物总能量大于反应物总能量,为吸热反应,反应②生成物总能量低于反应物总能量,为放热反应,A正确;反应①的活化能比反应②大,反应①是总反应的决速步骤,B正确;反应②为放热反应,则反应②的活化能:Ea(正)9.(14分)请回答下列问题。
(1)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH1=-99 kJ·mol-1。
①E1表示____________;E2表示____________。
解析:根据题中图示,A表示反应物总能量,C表示生成物总能量,E1表示正反应活化能,E2表示逆反应活化能。
②E1、E2的大小对该反应的反应热__(填“有”或“无”)影响。
解析:反应热取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小,与活化能无关,E1、E2的大小对该反应的反应热无影响。
③图中ΔH=________ kJ·mol-1。
解析:已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH1=-99 kJ·mol-1,题图中ΔH=-99×2 kJ·mol-1=-198 kJ·mol-1。
正反应活化能
逆反应活化能
无
-198
(2)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH=______ kJ·mol-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是__(填字母),判断的理由是__________________ ___________________________________。
-49
A
ΔH1是正值,ΔH2和ΔH是负值,反应①的活化能大于反应②
解析:根据盖斯定律,①+②可得CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=(+41 kJ·mol-1)+(-90 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1,该反应总反应为放热反应,因此生成物总能量低于反应物总能量,反应①为慢反应,因此反应①的活化能高于反应②,同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量,反应②的反应物总能量高于生成物总能量。
10.(17分)请回答下列问题。
(1)我国科学家利用计算机模拟了甲醇(CH3OH)与水在铜基催化剂上的反应机理和能量变化(如图):
①反应Ⅰ的ΔH__(填“<”“>”或“=”)0,反应Ⅱ的活化能是__kJ·mol-1。
解析:由反应过程能量图可知反应Ⅰ的生成物总能量高于反应物总能量,该反应是吸热反应,ΔH>0;活化能是活化分子具有的平均能量(图像最高点)与反应物分子具有的平均能量的差值,则反应Ⅱ的活化能是a kJ·mol-1。
②在相同条件下反应Ⅰ的反应速率__(填“<”“>”或“=”)反应Ⅱ的反应速率。
解析:反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ的活化能,故在相同条件下反应Ⅰ的反应速率比反应Ⅱ的反应速率小。
>
a
<
③写出反应Ⅱ的热化学方程式:________________________________ _____________________________________________________________________________________。
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-b kJ·mol-1[或CO(g)+H2O(g)+2H2(g) CO2(g)+3H2(g)　ΔH=-b kJ·mol-1]
(2)硫铁矿焙烧得到的SO2可用于接触法制硫酸。V2O5常作SO2催化氧化反应的催化剂,反应过程能量变化如图所示。
①总反应分两步进行:
第Ⅰ步:V2O5(s)+SO2(g) SO3(g)+V2O4(s);
第Ⅱ步:___________________________(补充化学方程式)。决定反应速率的是反应__(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
解析:SO2的催化氧化反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应Ⅱ的化学方程式为2V2O4(s)+O2(g) 2V2O5(s);反应的活化能越大,反应速率越慢,决定反应速率的为慢反应,由题图可知,反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ,所以反应Ⅰ是慢反应。
2V2O4(s)+O2(g) 2V2O5(s)
Ⅰ
②下列有关V2O5作用的叙述错误的是__(填字母)。
A.改变反应历程,降低(E2-E1)的值
B.能提高反应物的活化分子百分数
C.能提高生产效率节省能源
解析:SO2的催化氧化反应的焓变ΔH=-(E2-E1)kJ·mol-1,催化剂不能改变反应的焓变值,所以V2O5不能改变(E2-E1)的值,A错误;催化剂能改变反应历程,降低活化能,增大活化分子的百分数,B正确;催化剂能加快反应速率,提高单位时间内反应物的转化率,从而提高生产效率节省能源,C正确。
A
Thank you
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