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第3课时　活化能(基础课)
素养 目标 1．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．能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的构建过程，强化模型认知意识。
旧知 回顾 1．对于反应N2＋3H2 2NH3，下列条件能增大该反应速率的有①②④(填序号)。 ①增大c(N2)　②升高温度　③增大反应体系体积　④使用催化剂　⑤恒温恒压充入氦气　⑥恒温恒容充入氦气 2．对于反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，增大C(s)的量，反应速率有什么变化？不变；粉碎C(s)，反应速率有什么变化？加快。
知识点一　活化能　碰撞理论
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实际上是经过下列两步反应完成的：2HI―→H2＋2I·，2I·―→I2。
其中，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．反应历程
先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。
3．基元反应发生的先决条件：反应物分子发生碰撞。
4．有效碰撞
[示例探究]　
以下是HI分解反应中分子碰撞示意图：
A碰撞时的能量不足，B碰撞时的取向不合适，C为有效碰撞。
(1)图A中HI分子之间的碰撞为什么不能发生化学反应？
(2)图B中HI分子为活化分子，它们之间碰撞后能否使HI发生分解反应？其原因是什么？
(3)图C中HI分子间的碰撞使HI发生分解反应，其原因是什么？
提示：(1)题中图A中分子碰撞时能量不足，它们之间的碰撞为无效碰撞，不能使HI发生化学反应。
(2)不能；因为活化分子碰撞时还要有合适的取向，而题图B中的碰撞取向不合适，这种碰撞是无效碰撞，不能使HI发生分解反应。
(3)活化分子碰撞时有足够的能量、合适的取向，这样碰撞能使HI分子内的共价键断裂形成自由基(I·)，然后自由基结合生成分子，从而发生化学反应。
5．活化能和活化分子
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。
(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，叫做反应的活化能。
6．反应物、生成物的能量与活化能的关系
(1)催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来增大反应速率。活化能越大，反应越难进行。
(2)复杂反应中的速率控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能大的反应速率改变程度大。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 (　√　)
(2)活化分子间的碰撞一定是有效碰撞。 (　×　)
(3)活化分子间每次碰撞都发生化学反应。 (　×　)
(4)能发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量。 (　√　)
(5)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。 (　√　)
2．一定条件下，三个基元反应的正反应活化能Ea(正)和逆反应活化能Ea(逆)见下表：
基元反应 Ea(正)/(kJ·mol-1) Ea(逆)/(kJ·mol-1)
Ⅰ 30 55
Ⅱ 70 21
Ⅲ 16 35
正反应为放热反应的是(　　)
A．Ⅰ、Ⅱ　　 B．Ⅰ、Ⅲ
C．Ⅱ、Ⅲ D．Ⅱ
B　[正反应放热的反应：Ea(正)3．一定条件下，CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．该反应过程共分4步进行
C．第三步的正反应活化能最小
D．第二步反应的ΔH2小于第三步反应的ΔH3
D　[由题中图像可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A正确；由题中图像可知，该反应过程中4个H原子逐步失去，故共分4步进行，B正确；由题中图像可知，第三步的正反应活化能最小，C正确；由题中图像可知，第二步反应的ΔH2大于0，第三步反应的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D错误。]
4．氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O===2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：
第一步：I2(g)―→2I(g)(快反应)
第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
下列说法错误的是(　　)
A．第二步对分解反应速率起决定作用
B．I2浓度与N2O分解速率无关
C．慢反应的活化能高于快反应的活化能
D．第二步反应中I(g)作还原剂
B　[慢反应决定总反应速率，A正确；I2浓度越大，快反应I2(g)―→2I(g)的反应速率越大，单位时间内生成的I(g)浓度越大，N2O分解速率越大，B错误；慢反应的活化能高于快反应的活化能，C正确；第二步反应中I(g)失去电子，作还原剂，D正确。]
知识点二　用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响
1．浓度
当其他条件相同时，反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→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(适用于有气体参加的反应)
当其他条件相同时，增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→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。
压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。
3．温度
当其他条件相同时，升高温度→活化分子的百分数增大→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
当其他条件相同时，使用催化剂→改变了反应的历程(如图)，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大。
(1)催化剂除了能改变反应的反应速率，还对反应具有选择性。
(2)向反应体系输入能量如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、磁场、高速研磨等，都可以改变化学反应速率。
碰撞理论解释反应速率的影响
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)反应物用量增加后，有效碰撞次数增加，反应速率增大。 (　×　)
(2)升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来增大化学反应速率的。 (　×　)
(3)对于一个确定的化学反应来说，化学反应的活化能越小，该反应的化学反应速率越大。 (　√　)
(4)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化。 (　×　)
(5)向反应体系输入能量，有可能改变化学反应速率。 (　√　)
2．下列关于碰撞理论的说法错误的是(　　)
A．反应物分子只有发生有效碰撞才能发生化学反应
B．增大压强能够增大活化分子的百分数，增加单位时间内分子有效碰撞次数
C．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增大了反应物分子中活化分子的百分数
D．增大反应物的浓度，能使单位体积内的活化分子数增多
B　[增大压强，缩小容器容积，可增大单位体积内活化分子的数目，从而增加单位时间内分子有效碰撞的次数，但活化分子百分数不变，B错误。]
3．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。总反应：A＋B―→AB；加催化剂的分步反应(K为催化剂)：①A＋K―→AK　Ea1，②AK＋B―→AB＋K　Ea2。
下列说法错误的是(　　)
A．第①步为决速步骤
B．升高温度，反应速率增大
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol-1
D．催化剂降低了活化能，增大了反应速率
C　[Ea为正反应的活化能，－Ea是逆反应的活化能，不是反应的焓变，C错误。]
1．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．活化能接近于零的反应，当反应物相互接触时，反应瞬间完成，而且温度对其反应速率几乎没有影响
D．图甲中所示反应为放热反应
B　[题中图乙中HI分子的碰撞为无效碰撞，B错误。]
2．反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示：
下列有关四种不同反应进程的说法不正确的是(　　)
A．进程Ⅰ是放热反应
B．进程Ⅱ中，使用了催化剂X
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ
D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
C　[由题图可知，该反应中，反应物总能量高，生成物总能量低，为放热反应，A项正确；由题图可知，进程Ⅱ是在进程Ⅰ的基础上加入催化剂X，B项正确；进程Ⅲ中决速步的活化能高于进程Ⅱ，则生成P的速率：Ⅲ<Ⅱ，C项错误；P·Z是产物，最终没有得到P＋Z，故Z没有催化作用，D项正确。]
3．有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　)
A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞不一定能发生化学反应
B．增大反应物的浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
C．升高温度，活化分子百分数增加，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
D．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
B　[增大反应物的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内活化分子数增多，B错误。]
4．(教材互鉴：改编自苏教版教材)在化学反应中，能引发化学反应的分子间碰撞称之为有效碰撞，这些分子称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量叫活化能，其单位为kJ·mol-1。请认真观察下图，然后回答问题。
(1)图中反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应的ΔH＝_____________(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝，该反应的正反应的活化能为167.2 kJ·mol-1，则其逆反应的活化能为________。
(3)对于同一反应，图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能________(填“升高”“降低”或“不变”)，对反应热是否有影响？____________________，原因是_________________________________________________。
[答案]　(1)放热　E2－E1　(2)409.0 kJ·mol-1　(3)降低　无影响　催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即不改变反应热
[解析]　(1)根据题图所示，反应物的总能量高于生成物的总能量，此反应为放热反应；反应热ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E2－E1。
(2)反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量，依据题中图像能量关系可知，逆反应的活化能＝正反应的活化能－反应的焓变，该反应的正反应的活化能为167.2 kJ·mol-1，则其逆反应的活化能为167.2 kJ·mol-1－(－241.8 kJ·mol-1)＝409.0 kJ·mol-1。
(3)图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能降低，对反应热没有影响，因为催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即不改变反应热。
数智分层作业(六)　活化能
(选择题只有一个选项符合题目要求，选择题每小题3分，本试卷共30分)
1．氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。
下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是(　　)
A．④③①② B．③④①②
C．③④②① D．④③②①
A　[物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都由两个原子构成，它们在固体催化剂的表面分解成单个的原子，原子再组合成新的氨分子，故反应历程的先后顺序为④③①②。]
2．已知1 mol H2O2分解放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理如下：
①H2O2＋I－―→H2O＋IO－　慢
②H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－　快
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A．当该反应放出98 kJ的热量时会生成0.5 mol O2
B．H2O2的分解速率主要是由反应②决定的
C．IO－是该反应的催化剂
D．催化剂的加入改变了该反应的反应热
A　[1 mol H2O2分解放出热量98 kJ，则当该反应放出98 kJ的热量时有1 mol H2O2分解，所以会生成0.5 mol O2，故A正确；慢反应决定整个反应的反应速率，所以H2O2的分解速率主要是由反应①决定的，故B错误；由①＋②可得总反应为2H2O22H2O＋O2↑，则I－为该反应的催化剂，故C错误；催化剂只改变反应速率，不改变反应热，故D错误。]
3．平流层中的氟氯烃破坏臭氧层的部分过程如下：
①O3＋Cl·―→O2＋ClO·(慢反应)
②ClO·＋O·―→Cl·＋O2(快反应)
下列说法错误的是(　　)
A．Cl·为该过程的催化剂
B．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数
C．增加Cl·的浓度能使臭氧分解的速率增大
D．反应①的活化能小于反应②
D　[反应①消耗Cl·，反应②重新生成Cl·，Cl·参与反应且在反应前后质量和化学性质均不变，为该反应的催化剂，A正确；催化剂能降低反应的活化能，使部分普通分子转化为活化分子，从而增大活化分子百分数，B正确；反应的决速步骤为①，增加Cl·的浓度，反应①速率增大，因此增加Cl·的浓度能使臭氧分解的速率增大，C正确；反应①是慢反应，反应②是快反应，因此反应①的活化能大于反应②，D错误。]
4．NO催化O3生成O2的过程由以下三步基元反应构成：
第1步：NO(g)＋O3(g)―→O2(g)＋NO2(g)　ΔH1；
第2步：NO2(g)―→NO(g)＋O(g)　ΔH2；
第3步：O(g)＋O3(g)―→2O2(g)　ΔH3。
下列说法正确的是(　　)
A．第2步是总反应的决速步
B．三步基元反应都是放热反应
C．该过程共有两种中间产物
D．总反应2O3(g)===3O2(g)的焓变为ΔH1－ΔH2－ΔH3
C　[活化能越低，反应速率越大，第1步的活化能最高，反应速率最小，总反应速率主要由第1步反应速率决定，故A错误；由题图可知，第1步反应是吸热反应，第2步和第3步反应均为放热反应，故B错误；反应的中间产物有NO2和O，共两种，故C正确；总反应为2O3(g)===3O2(g)，由盖斯定律，第1步反应＋第2步反应＋第3步反应得：2O3(g)===3O2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，故D错误。]
5．NO2＋CO NO＋CO2反应的过程与能量变化如图所示(E1、E2、E3均大于0)。下列说法不正确的是(　　)
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．该反应的焓变为ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol-1
C．该反应逆反应的活化能为(E1＋E3)kJ·mol-1
D．形成的过渡态分子是由于CO和NO2分子发生了碰撞
D　[该反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应的正反应是放热反应，逆反应为吸热反应，A正确；焓变等于生成物和反应物的能量差，即ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol-1，B正确；活化能是反应物分子具有的平均能量和活化分子(或过渡态分子)具有的平均能量的差值，所以该反应逆反应的活化能为(E1＋E3)kJ·mol-1，C正确；分子间只有发生有效碰撞才能发生化学反应，所以NO2和CO分子发生有效碰撞才能形成过渡态分子，D错误。]
6．(5分)CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。
第一步：Fe*＋N2O===FeO*＋N2
第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2
回答下列问题：
(1)该反应的催化剂是________。(1分)
(2)第一步反应是________(填“放热”或“吸热”，下同)反应，第二步反应是________反应。(2分)
(3)该反应的总反应化学方程式为_____________________________________
_____________________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)Fe*　(2)放热　放热　(3)CO＋N2O N2＋CO2
[解析]　(1)由题意可知，第一步反应中Fe*被消耗，第二步反应中又生成Fe3+，说明Fe*是该反应的催化剂。(2)根据反应历程图可知，两步反应的生成物的总能量均低于反应物的总能量，则两步反应均为放热反应。(3)该反应的总反应化学方程式为CO＋N2O N2＋CO2。
7．N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应原理为N2O(g)＋CO(g) CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
B．ΔH＝－226 kJ·mol-1
C．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．为了实现转化，需不断向反应器中补充Pt2O＋和
D　[由题图甲可知(s)＋N2(g)　(s)＋CO(g)===Pt2O＋(s)＋CO2(g)　ΔH2，根据盖斯定律，由①＋②得到N2O(g)＋CO(g) CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故A正确；由题图乙可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，ΔH＝134 kJ·mol-1－360 kJ·mol-1＝－226 kJ·mol-1，故B正确；由题图乙可知，正反应的活化能Ea小于逆反应的活化能Eb，故C正确；反应过程中Pt2O＋和参与反应后又生成，不需要补充，故D错误。]
8．标准状况下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如图所示[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]，下列说法不正确的是(　　)
A．E6－E3＝E5－E2
B．可计算Cl—Cl的键能为2(E2－E3)kJ·mol-1
C．Cl、ClO是反应O3＋O===2O2的催化剂
D．历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g) 　ΔH＝(E5－E4)kJ·mol-1
C　[根据历程Ⅰ，O3(g)＋O(g) 2O2(g)的ΔH＝(E6－E3)kJ·mol-1，根据历程Ⅱ，O3(g)＋O(g) 2O2(g)的反应热ΔH＝(E5－E2)kJ·mol-1，则E6－E3＝E5－E2，A项正确；根据图示，Cl(g)的相对能量为(E2－E3)kJ·mol-1，由于Cl2(g)的相对能量为0，故Cl2(g)===Cl(g)＋Cl(g)的ΔH＝(－E3)kJ·mol-1，即Cl—Cl的键能为(－E3)kJ·mol-1，B项正确；Cl是反应O3＋O===2O2的催化剂，ClO是中间产物，C项错误；历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应为活化能最小的反应，即ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5－E4)kJ·mol-1，D项正确。]
9．(4分)工业上可用一氧化碳和氢气在催化剂作用下合成甲醇，反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
(1)该反应的ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)。 (1分)
(2)其中决速步骤的能垒为________eV。 (1分)
(3)虚线框内最有可能发生的反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)<　(2)0.8　(3)H3CO*＋H2(g)===CH3OH*
[解析]　(1)由反应历程图可知，反应物总能量高于生成物总能量，可知该反应的ΔH<0。(2)对于多步反应，其决速步骤为活化能最大的一步，从反应历程图可得出，决速步骤的能垒为－0.1 eV－(－0.9 eV)＝0.8 eV。(3)从反应历程图可以看出，物质的转化过程为CO(g)→CO*→HCO*→H2CO*→H3CO*→CH3OH*→CH3OH(g)，故虚线框内最有可能发生的反应的化学方程式为H3CO*＋H2(g)===CH3OH*。
阶段进阶训练(二)
(范围：第一节　化学反应速率。本试卷共40分)
一、选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．(2026·邢台高二检测)M与N在密闭容器中反应生成P，其反应速率分别用v(M)、v(N)、v(P)表示。已知v(M)、v(N)、v(P)之间有以下关系：2v(M)＝3v(N)、v(N)＝2v(P)，则此反应可表示为(　　)
A．2M＋3N===P　 B．2M＋3N===3P
C．3M＋2N===2P D．3M＋2N===P
D　[由速率关系：2v(M)＝3v(N)，可推出v(M)∶v(N)＝3∶2；由速率关系：v(N)＝2v(P)，可推出v(N)∶v(P)＝2∶1。整合比例式可得v(M)∶v(N)∶v(P)＝3∶2∶1，故反应式中M、N、P的化学计量数分别为3、2、1，所以此反应的化学方程式可表示为3M＋2N===P。]
2．(2026·大庆高二检测)在3X(g)＋Y(g)===2Z(g)＋Q(g)的反应中，下列选项表示的化学反应速率最快的是(　　)
A．v(X)＝0.6 mol·L-1·min-1
B．v(Z)＝0.1 mol·L-1·s-1
C．v(Y)＝0.2 mol·L-1·min-1
D．v(Q)＝0.15 mol·L-1·min-1
B　[由化学反应速率之比等于化学计量数之比，均用Q的化学反应速率来表示A、B、C、D四个选项，则A项：v(Q)＝0.2 mol·L-1·min-1，B项：v(Q)＝×60 s·min-1＝3 mol·L-1·min-1，C项：v(Q)＝0.2 mol·L-1·min-1，D项：v(Q)＝0.15 mol·L-1·min-1，则B项的化学反应速率最快。]
3．(2026·长春高二检测)反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
①增加碳的量　②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入氮气使体系的压强增大　
④保持压强不变，充入氮气使体系的体积增大
A．①②　 B．②③
C．①③　　 D．③④
C　[①C是固体，增加碳的量，不影响反应速率，故①符合题意；②将容器的体积缩小一半，气体物质浓度增大，反应速率增大，故②不符合题意；③保持体积不变，充入He，使体系压强增大，但参加反应的气体的浓度不变，则反应速率不变，故③符合题意；④保持压强不变，充入He使容器体积变大，参加反应的气体的分压减小，反应速率减小，故④不符合题意。]
4．(2026·青岛高二检测)对于一定条件下进行的化学反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，改变下列条件，可以提高反应物中活化分子百分数的是(　　)
①减小反应物浓度　②升高温度　③加入催化剂　④增大压强
A．①② B．①④ C．①②③ D．②③
D　[升高温度或使用催化剂均能提高反应物中活化分子百分数；而增大压强或增大反应物的浓度，则只能是提高单位体积内活化分子的百分数，而不能提高反应物中活化分子百分数，故②③符合题意。]
5．(2026·郑州高二检测)二氧化碳加氢制甲醇一般认为通过如下两步反应来实现：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41 kJ·mol-1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2＝－90 kJ·mol-1
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　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　　D
B　[反应①为吸热反应，反应②为放热反应，根据盖斯定律得总反应为CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol-1＋(－90 kJ·mol-1)＝－49 kJ·mol-1，即总反应为放热反应，又因为反应①是慢反应，说明反应①活化能大，B项符合题意。]
6．(2026·来宾高二检测)在一定温度下，体积为V L的恒容密闭容器内发生某一反应，其中气体X、Y的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，下列表述正确的是(　　)
A．0～t1 min时间内，气体Y的化学反应速率是 mol·L-1·s-1
B．该反应的化学方程式为X 2Y
C．反应到t2 min时，v(X)＝v(Y)
D．t2 min时体系的压强与t3时体系的压强之比为8∶7
D　[0～t1 min时间内，Y减少8 mol－6 mol＝2 mol，浓度是 mol·L-1，则v(Y)＝ mol·L-1·min-1，A错误；达到平衡时Y减少8 mol－2 mol＝6 mol，X增加5 mol－2 mol＝3 mol，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比，可以得到该反应的化学方程式为2Y(g) X(g)，B错误；图中显示t2 min时，X与Y的物质的量相等，并非速率相等，C错误；t2 min时气体总物质的量为8 mol，t3 min时气体总物质的量为7 mol，故压强之比为8∶7，D正确。]
7．(2025·河北卷)氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料，广泛应用于光电信息材料等领域，可利用反应Ga2O3(s)＋2NH3(g) 2GaN(s)＋3H2O(g)制备。反应历程(TS代表过渡态)如下：
下列说法错误的是(　　)
A．反应ⅰ是吸热过程
B．反应ⅱ中H2O(g)脱去步骤的活化能为2.69 eV
C．反应ⅲ包含2个基元反应
D．总反应的速控步包含在反应ⅱ中
D　[由反应历程图可知，反应ⅰ反应后相对能量增加0.05 eV，体系能量升高，故反应ⅰ为吸热反应，A正确；由题图可知，反应ⅱ中H2O(g)脱去的步骤即反应ⅱ的最后一步的活化能为3.39 eV－0.70 eV＝2.69 eV，B正确；反应ⅲ历程中存在两个过渡态，故包含2个基元反应，C正确；由题图可知，整个反应历程中，活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应的步骤，其活化能为6.37 eV－3.30 eV＝3.07 eV，故D错误。]
8．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正确的是(　　)
A．该反应的反应速率主要取决于反应①
B．使用催化剂能增大活化分子百分数，增大反应速率
C．反应①的活化能比反应②的大
D．NOBr2是该反应的催化剂
B　[该反应的反应速率取决于慢反应②，A错误；快反应的活化能小，E①二、非选择题(共题共1小题，共16分)
9．(16分)(2026·西安高二检测)根据下列实验设计，回答问题：
(1)利用实验(Ⅰ)探究锌与0.1 mol·L-1稀硫酸和2 mol·L-1稀硫酸反应的速率，可以测定收集一定体积氢气所用的时间。此方法需要控制的变量有_____________________________________________________________________________(写出2项)。(4分)
(2)实验(Ⅱ)的目的是探究浓度对反应速率的影响，实验中反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________，
推测该实验设计________(填“能”或“不能”)达到实验目的，判断理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。(6分)
(3)某小组也用酸性KMnO4溶液和草酸(H2C2O4)溶液进行实验，实验操作及现象如下表：
编号 实验操作 实验现象
ⅰ 向一支试管中先加入5 mL 0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液，再加入1滴3 mol·L-1稀硫酸和9滴蒸馏水，最后加入5 mL 0.1 mol·L-1草酸溶液 前10 min内溶液紫色无明显变化，后颜色逐渐变浅，30 min后几乎变为无色
ⅱ 向另一支试管中先加入5 mL 0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液，再加入10滴3 mol·L-1稀硫酸，最后加入5 mL 0.1 mol·L-1草酸溶液 80 s内溶液紫色无明显变化，后颜色迅速变浅，约150 s后几乎变为无色
①由实验ⅰ、实验ⅱ可得出的结论是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。(3分)
②关于实验ⅱ中80 s后溶液颜色迅速变浅的原因，该小组提出了猜想：该反应中生成的Mn2+对反应有催化作用。利用提供的试剂设计实验ⅲ，验证猜想。
提供的试剂：0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液，0.1 mol·L-1草酸溶液，3 mol·L-1稀硫酸，MnSO4溶液，MnSO4固体，蒸馏水。
补全实验ⅲ的操作：向试管中先加入5 mL 0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液，_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________，最后加入
5 mL 0.1 mol·L-1草酸溶液。(3分)
[答案]　(1)温度、锌粒大小　＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2+＋8H2O＋10CO2↑　不能　反应生成硫酸锰，锰离子有催化作用，所以还可能有催化剂的作用　(3)①其他条件相同时，H＋(或硫酸)浓度越大，反应速率越快　②再加入10滴3 mol·L-1稀硫酸，然后加入少量MnSO4固体
[解析]　利用实验分析溶液的酸性及Mn2+对KMnO4溶液和草酸(H2C2O4)反应速率的影响时，需保持其他变量相同，只改变其中的一个变量，然后做对比实验。也就是验证溶液的酸性对反应速率的影响时，要保证两种反应物的浓度相同，只改变硫酸的浓度(硫酸的体积与水的体积和相同)；验证Mn2+是否具有催化作用时，保证两种反应物、溶液的酸性都相同，只改变Mn2+的用量。
(1)测定收集一定体积氢气所用的时间，需保证温度、锌粒大小相同，则此方法需要控制的变量有温度、锌粒大小。
(2)酸性高锰酸钾和草酸溶液在硫酸酸化条件下生成硫酸锰、硫酸钾等，反应的化学方程式为＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2+＋8H2O＋10CO2↑，反应进行一段时间后，KMnO4与H2C2O4反应生成硫酸锰的浓度不断增大，此时反应速率迅速加快，则表明锰离子有催化作用，所以猜想还可能是催化剂的作用。
(3)①实验ⅰ、ⅱ酸的浓度不同，实验Ⅱ酸的浓度大，反应快，故由实验ⅰ、ⅱ可得出的结论是：其他条件相同时，H＋(或硫酸)浓度越大，反应速率越快；
②为了验证实验ⅱ中80 s后溶液颜色迅速变浅是否为锰离子的催化作用，应保证其他条件相同，只改变锰离子的用量，因此向试管中先加入5 mL 0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液，再加入10滴3 mol·L-1稀硫酸，然后加入少量MnSO4固体，最后加入1 mL 0.1 mol·L-1草酸溶液。第3课时　活化能(基础课)
素养 目标 1．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．能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的构建过程，强化模型认知意识。
旧知 回顾 1．对于反应N2＋3H2 2NH3，下列条件能增大该反应速率的有________(填序号)。 ①增大c(N2)　②升高温度　③增大反应体系体积　④使用催化剂　⑤恒温恒压充入氦气　⑥恒温恒容充入氦气 2．对于反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，增大C(s)的量，反应速率有什么变化？____________；粉碎C(s)，反应速率有什么变化？________。
知识点一　活化能　碰撞理论
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实际上是经过下列两步反应完成的：___________________________________________________________________，
___________________________________________________________________。
其中，每一步反应都称为__________，它反映了化学反应的__________。
2．反应历程
先后进行的__________反映了化学反应的反应历程，反应历程又称__________。
3．基元反应发生的先决条件：________________________________。
4．有效碰撞
[示例探究]　
以下是HI分解反应中分子碰撞示意图：
A碰撞时的能量不足，B碰撞时的取向不合适，C为有效碰撞。
(1)图A中HI分子之间的碰撞为什么不能发生化学反应？
(2)图B中HI分子为活化分子，它们之间碰撞后能否使HI发生分解反应？其原因是什么？
(3)图C中HI分子间的碰撞使HI发生分解反应，其原因是什么？
5．活化能和活化分子
(1)活化分子：能够发生________的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是______的。
(2)活化能：活化分子具有的________与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。
6．反应物、生成物的能量与活化能的关系
(1)催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来增大反应速率。活化能越大，反应越难进行。
(2)复杂反应中的速率控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能大的反应速率改变程度大。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 (　　)
(2)活化分子间的碰撞一定是有效碰撞。 (　　)
(3)活化分子间每次碰撞都发生化学反应。 (　　)
(4)能发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量。 (　　)
(5)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。 (　　)
2．一定条件下，三个基元反应的正反应活化能Ea(正)和逆反应活化能Ea(逆)见下表：
基元反应 Ea(正)/(kJ·mol-1) Ea(逆)/(kJ·mol-1)
Ⅰ 30 55
Ⅱ 70 21
Ⅲ 16 35
正反应为放热反应的是(　　)
A．Ⅰ、Ⅱ　　　　　　　 B．Ⅰ、Ⅲ
C．Ⅱ、Ⅲ D．Ⅱ
3．一定条件下，CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．该反应过程共分4步进行
C．第三步的正反应活化能最小
D．第二步反应的ΔH2小于第三步反应的ΔH3
4．氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O===2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：
第一步：I2(g)―→2I(g)(快反应)
第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
下列说法错误的是(　　)
A．第二步对分解反应速率起决定作用
B．I2浓度与N2O分解速率无关
C．慢反应的活化能高于快反应的活化能
D．第二步反应中I(g)作还原剂
知识点二　用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响
1．浓度
当其他条件相同时，反应物浓度增大→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率________；反之，化学反应速率________。
2．压强(适用于有气体参加的反应)
当其他条件相同时，增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率____________；反之，化学反应速率________。
压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。
3．温度
当其他条件相同时，升高温度→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率__________；反之，化学反应速率________。
4．催化剂
当其他条件相同时，使用催化剂→改变了反应的历程(如图)，反应的活化能________→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率________。
(1)催化剂除了能改变反应的反应速率，还对反应具有选择性。
(2)向反应体系输入能量如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、磁场、高速研磨等，都可以改变化学反应速率。
碰撞理论解释反应速率的影响
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)反应物用量增加后，有效碰撞次数增加，反应速率增大。 (　　)
(2)升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来增大化学反应速率的。 (　　)
(3)对于一个确定的化学反应来说，化学反应的活化能越小，该反应的化学反应速率越大。 (　　)
(4)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化。 (　　)
(5)向反应体系输入能量，有可能改变化学反应速率。 (　　)
2．下列关于碰撞理论的说法错误的是(　　)
A．反应物分子只有发生有效碰撞才能发生化学反应
B．增大压强能够增大活化分子的百分数，增加单位时间内分子有效碰撞次数
C．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增大了反应物分子中活化分子的百分数
D．增大反应物的浓度，能使单位体积内的活化分子数增多
3．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。总反应：A＋B―→AB；加催化剂的分步反应(K为催化剂)：①A＋K―→AK　Ea1，②AK＋B―→AB＋K　Ea2。
下列说法错误的是(　　)
A．第①步为决速步骤
B．升高温度，反应速率增大
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol-1
D．催化剂降低了活化能，增大了反应速率
1．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．活化能接近于零的反应，当反应物相互接触时，反应瞬间完成，而且温度对其反应速率几乎没有影响
D．图甲中所示反应为放热反应
2．反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示：
下列有关四种不同反应进程的说法不正确的是(　　)
A．进程Ⅰ是放热反应
B．进程Ⅱ中，使用了催化剂X
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ
D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
3．有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　)
A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞不一定能发生化学反应
B．增大反应物的浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
C．升高温度，活化分子百分数增加，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
D．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，有效碰撞的次数增加，反应速率增大
4．(教材互鉴：改编自苏教版教材)在化学反应中，能引发化学反应的分子间碰撞称之为有效碰撞，这些分子称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量叫活化能，其单位为kJ·mol-1。请认真观察下图，然后回答问题。
(1)图中反应是__________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应的ΔH＝______________(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝，该反应的正反应的活化能为167.2 kJ·mol-1，则其逆反应的活化能为__________。
(3)对于同一反应，图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能__________(填“升高”“降低”或“不变”)，对反应热是否有影响？____________________，原因是________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
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