第07讲活化能（学生版）高二化学讲义（人教2019选择性必修1）

第07讲第07讲活化能知识导航知识导航课前引入2molH2molH2和1molO2混合于一个洁净的容器内，已知常温常压下，每个氢分子和氧分子自身或它们之间每秒钟平均碰撞2.355×1010次，如果每一次碰撞都能够引发反应，试想会有什么样的现象？如果每一次碰撞都能引发反应，整个容器中的氢气和氧气将在极短的时间内全部变成水。然而事实并非如此，为什么呢？知识精讲知识精讲一、基元反应与反应历程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。每一步反应都称为基元反应。基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。2.自由基：带有单电子的原子或原子团叫自由基，如I·自由基、O·自由基。自由基反应活性很强，寿命极短。举个例子——碘化氢的分解总反应：总反应：2HIH2+I2实际上是经过下列两步基元反应完成的：2HI→H2+2I·2I·→I23.反应历程：与某化学反应有关的一组基元反应反映了该反应的反应历程，反应历程又称反应机理。说明反应不同，反应历程也不相同。反应不同，反应历程也不相同。②同一反应，在不同条件下，反应历程也可能不同。③反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。④对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。二、有效碰撞理论1．有效碰撞的概念：能发生化学反应的碰撞称为有效碰撞。2．有效碰撞必须满足的条件：（1）分子具有足够的_______；（即_____分子）（2）分子在碰撞时具有合适的_______。3．有效碰撞与反应速率的关系：有效碰撞的频率越高，则反应速率_______。三、活化分子与活化能1.活化分子：具有足够能量、能够发生_________的分子。说明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。E1：正反应的活化能E2：活化分子变成生成物分子放出的能量（逆反应的活化能）E1﹣E2：反应热（△H）催化剂的作用：降低反应的活化能。四、有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释浓度压强反应物浓度增大→反应物中活化分子百分数____→单位体积内分子总数_____→活化分子总数______→单位时间内有效碰撞次数______→反应速率______；反之，反应速率_______。增大压强（压缩体积）→反应物中活化分子百分数______→单位体积内活化分子总数______→单位时间内有效碰撞次数______→反应速率______；反之，反应速率_______。温度催化剂升高温度→活化分子百分数______→单位体积内分子总数______→活化分子总数______→单位时间内有效碰撞次数______→反应速率______；反之，反应速率_______。加入催化剂→活化分子百分数______→单位体积内活化分子总数______→单位时间内有效碰撞次数______→反应速率______；反之，反应速率_______。及时小练下列说法中正确的是下列说法中正确的是__________①活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应②普通分子间的碰撞可能发生化学反应③增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子数，从而使有效碰撞次数增多④加入反应物，活化分子百分数不变，化学反应速率可能不变⑤催化剂能增大活化分子百分数，从而成千成万倍地增大化学反应速率⑥有气体参加的化学反应，若增大压强(缩小反应容器的体积)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大五、化学反应的速率常数和速率方程1.化学反应速率通常指一定时间内反应的平均速率。2.在化学反应进程中，未达平衡时，瞬时反应速率一般是不断变化的。3.对于基元反应，化学反应速率通常与各反应物浓度的幂之积成正比。4.速率常数和速率方程对于反应：aA+bB+…→产物速率方程为v=k·cx(A)·cy(B)·…，式中的k称为速率常数。对点训练题型对点训练【例1】下列说法正确的是A．活化分子的每一次碰撞都能够发生化学反应B．能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子C．反应物用量增加后，有效碰撞次数增多，反应速率增大D．催化剂能提高活化分子的活化能，从而加快反应速率【变11】下列说法正确的是A．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B．温度和压强都是通过增大活化分子百分数来加快化学反应速率C．人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，把活化分子具有的能量叫活化能D．活化能的大小不仅意味着一般分子成为活化分子的难易，也会对化学反应前后的能量变化产生影响【变12】在有气体参加的反应中，能使反应物中活化分子总数和活化分子百分数都增大的措施有①增大反应物浓度②增大压强③升高温度④加入催化剂A．①② B．②④ C．①③ D．③④【变13】对于水煤气转换反应，下列条件的改变，能增大活化分子百分数的是A．降低温度 B．增大反应物浓度C．恒容条件下，充入稀有气体 D．使用催化剂【变14】下列关于化学反应速率的说法正确的是①恒温时，增大压强，化学反应速率一定加快②其他条件不变，温度越高，化学反应速率越快③使用催化剂可改变反应速率，从而改变该反应过程中吸收或放出的热量④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⑤有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大⑥增大反应物浓度，可增大活化分子的百分数，从而使单位时间有效碰撞次数增多⑦催化剂不参与反应，但能降低活化能增大活化分子的百分数，从而增大反应速率A．②⑥ B．②④ C．②③⑤⑦ D．①②④⑤题型二：基元反应与反应历程【例2】对于反应，科学家根据光谱研究提出如下反应历程：第一步：快反应；第二步：慢反应；第三步：快反应。上述反应中可近似认为第二步反应不影响第一步反应的平衡，下列叙述正确的是A．该反应的速率由第二步反应决定B．反应的中间产物有N2O2、N2O和H2C．第三步反应中N2O与H2的每一次碰撞都是有效碰撞D．若第一步反应的，则升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大【变2】对于反应2NO(g)＋2H2(g)→N2(g)＋2H2O(g)，科学家根据光谱学研究提出如下反应历程：第一步：2NO⇌N2O2快速平衡第二步：N2O2＋H2→N2O＋H2O慢反应第三步：N2O＋H2→N2＋H2O快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列叙述正确的是A．若第一步反应△H<0，则升高温度，v正减小，v逆增大B．第二步反应的活化能大于第三步的活化能C．第三步反应中N2O与H2的每一次碰撞都是有效碰撞D．反应的中间产物只有N2O2【例3】科学家利用过渡金属氮化物(TMNS)在常温下催化实现氨的合成，其反应机理如图所示。下列有关说法错误的是A．TMNS大大降低了合成氨反应的焓变B．TMNS表面上的N原子最终被还原为氨C．TMNS表面上氨脱附产生的空位有利于吸附N2D．用同位素标记后的15N2进行该合成反应，产物中不只有15NH3【变31】卤代烃与端基炔(R＇C≡CH)催化偶联反应的一种机理如图所示。下列说法错误的是A．偶联反应中起催化作用的是M和CuIB．R＇C≡CCu为该催化过程的中间产物C．该偶联反应的原理为R＇C≡CH+RI→R＇C≡CR+HID．该催化机理改变了反应路径和反应热【变32】双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)ΔH<0，反应过程示意图如下：下列说法不正确的是A．过程I中2个H2O都参加了反应B．过程I、II中都有化学键断裂C．过程III中有化学键形成D．使用催化剂增加了活化分子百分数题型三：反应进程与能量变化图【例4】如图(Ea表示活化能)是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质物质的能量变化关系图，下列说法正确的是A．Cl·可由Cl2在高温条件下生成，是CH4与Cl2反应的催化剂B．升高温度，活化分子的百分数不变，但反应速率加快C．增大Cl2的浓度，可提高反应速率，但不影响△H的大小D．第一步反应的速率大于第二步反应【变41】已知X转化为Z和W分步进行：①，②，其反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是A．是反应①的活化能B．的能量一定低于的能量C．D．反应②更容易发生，气体Y很难大量存在【变42】在化学反应中，人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子多出的那部分能量称作活化能，单位：kJ·mol1。请根据下图回答问题：(1)图中所示反应是____(填“吸热”或“放热”)反应，该反应的ΔH＝____kJ·mol1(用含E1、E2的代数式表示)。(2)对于同一反应，上图虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化分子最低能量明显降低，反应速率加快，你认为最有可能的原因是____。(3)下列4个反应中符合示意图描述的反应的是____(填代号)。A．氧化钙与水反应B．A(g)＋2B(g)C(g)反应中C的能量高于A的能量C．铝粉与铁红反应D．灼热的碳与CO2反应(4)已知热化学方程式：A(g)＋2B(g)=C(g)ΔH＝＋akJ·mol1。该反应的活化能为bkJ·mol1，则其逆反应的活化能为____kJ·mol1。【例5】金属插入CH4的CH键形成高氧化态过渡金属化合物的反应频繁出现在光分解作用、金属有机化学等领域，如图是CH4与Zr形成过渡金属化合物的过程。下列说法不正确的是A．整个反应快慢，由CH2—Zr···H2→状态2反应决定B．CH3—Zr···H→CH2—Zr···H2ΔH=+8.32kJ•mol1C．在中间产物中CH3—Zr···H状态最稳定D．Zr+CH4→CH—Zr···H3活化能为201.84kJ•mol1【变5】甲醇与SO3在有水条件下生成硫酸氢甲酯的反应部分历程如图所示。CH3OH(g)+SO3(g)CH3OSO3H(g)，其中粒子间的静电作用力用“…”表示。下列说法错误的是A．水合CH3OH分子比水合SO3分子更稳定B．反应历程中最大能垒(活化能)为6.62eVC．d到f转化的实质为质子转移D．在反应过程中，水起催化作用题型四：速率方程与速率常数【例6】已知的速率方程[为速率常数，只受温度影响]该反应可认为经过以下反应历程：第一步：快速平衡第二步：快速平衡第三步：慢反应下列说法正确的是A．第一步反应和第二步反应的活化能较高B．、分别增大相同的倍数，对总反应速率的影响程度相同C．该总反应的速率主要取决于第三步反应D．压缩容器体积，会使体系中活化分子百分数增加【变6】已知Cl2(g)+CO(g)⇌COCl2(g)的速率方程[k为速率常数，只受温度影响]，该反应可认为经过以下反应历程：第一步：Cl2⇌2Cl快速平衡第二步：Cl+CO⇌COCl快速平衡第三步：COCl+Cl2→COCl2+Cl慢反应下列说法正确的是A．第一步反应和第二步反应的活化能较高B．c(CO)、c(Cl2)分别增大相同的倍数，对总反应速率的影响程度相同C．该总反应的速率主要取决于第三步反应D．第三步反应的有效碰撞频率较大【例7】某学习小组为了探究反应速率(v)与反应物浓度的关系，在20℃进行实验，所得的数据如表：实验编号相关数据①②③④⑤0.0080.0080.0040.0080.0040.0010.0010.0010.0020.0020.100.200.200.100.40下列结论不正确的是A．若温度升高到40℃，则反应速率增大B．实验①④，探究的是对反应速率的影响C．若该反应速率方程为(k为常数)，则p=1D．实验⑤中，【变71】一定条件下，反应的速率方程为，某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如下：反应速率0.10.12v0.10.428v0.20.4216v0.40.142v0.20.1x4v根据表中的测定结果，下列结论错误的是A．表中x的值为1B．α、β、γ的值分别为1、2、1C．反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大D．在反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr(g)浓度，会使反应速率降低【变72】CO是一种常用的还原剂。一定条件下，反应的速率方程为(k为速率常数，只与温度、催化剂有关，与浓度无关)。某温度下，该反应在不同浓度下反应速率如下表所示：反应速率①0.100.10v②0.200.10③0.200.20(1)根据表中测定结果，下列推断正确的是_______(填字母)。A．a=1、b=2B．a=1、b=1C．a=2、b=2D．a=2、b=1(2)改变下列一个条件，反应速率增大的是_______(填字母)。A．降温B．缩小体积C．加入催化剂D．减压【例8】汽车尾气中的CO、NOx是大气污染物。我国科研工作者经过研究，可以用不同方法处理氮的氧化物﹐防止空气污染。回答下列问题：(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=＋180kJ·mol−14NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)ΔH=906kJ·mol−1请写出NH3将NO转化成无毒物质的热化学方程式：___________。(2)工业上一种除去NO的一种反应机理如图所示：该反应的化学方程式为：___________。(3)利用H2还原NO的反应2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)的速率方程为，该反应在不同条件下的反应速率如下：温度c(H2)/mol·L−1c(NO)/mol·L−1反应速率T10.10.1T10.30.1T10.20.2则速率方程中，α=___________；β=___________。(5)科研人员进一步研究了在C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)反应中，活性炭搭载钙、镧氧化物的反应活性对比。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C，通入NO使其浓度达到0.1mol·L−1.不同温度下，测得2小时时NO去除率如图所示：①据图分析，490℃以下反应活化能最小的是___________(用a、b、c表示)。②490℃时的反应速率v(NO)=___________mol·L−1·h−1提分特训提分特训【题1】下列说法中错误的是A．对有气体参加的化学反应，减小容器体积、体系压强增大，可使单位体积内活化分子数增加，因而反应速率增大B．活化分子之间发生的碰撞一定为有效碰撞C．升高温度，一般可使活化分子的百分数增大，因而反应速率增大D．加入适宜的催化剂，可使活化分子的百分数大大增加，从而增大化学反应的速率【题2】下列关于可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H<0的说法中正确的是A．活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞B．增大反应物的浓度，可使单位体积内活化分子百分数增多，反应速率加快C．升高反应体系温度，可使单位体积内活化分子增多，反应速率加快D．催化剂能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子百分数大大增加，反应速率加快【题3】NO催化O3分解的反应机理如下：第一步：第二步：第三步：总反应：其能量与反应历程的关系如图所示。下列叙述正确的是A．三步反应的均小于0B．第一步反应的速率最快反应历程C．第二步反应断裂的化学键只有共价键D．NO改变了总反应的反应历程和焓变【题4】在催化剂作用下，有机物DMO(CH3OOCCOOCH3)与H2反应能够转化为EG，其反应过程如图所示。下列说法正确的是A．Cu纳米颗粒在反应过程中不参与化学反应B．Cu纳米颗粒在反应过程中能够降低反应的活化能C．DMO在反应过程中，吸收能量断裂CO、CH键D．温度越高，Cu纳米颗粒的催化效果越好【题5】利用和合成甲醇：，反应的历程如下图所示。下列说法正确的是A．合成甲醇反应为放热反应B．活化能为C．副产物有、，其中相对较多D．合成甲醇反应历程中速率较慢的是【题6】亚硝酰氯在有机合成中有重要应用。的反应历程如图所示。下列说法错误的是A．催化剂能提高反应物的相对能量B．相对曲线Ⅱ，曲线Ⅰ表示加入催化剂C．曲线Ⅱ的正反应活化能为D．，【题7】某反应的速率方程为,其半衰期(当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间)为。改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如表所示:0.250.0501.40.500.0502.81.000.0505.60.500.1002.8下列说法正确的是A．速率方程中的、B．该反应的速率常数C．增大反应物浓度,k增大导致反应的瞬时速率加快D．在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375min【题8】在化学反应中，只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，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限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ/mol表示。请认真观察如图，然后回答问题:(1)图中所示反应是____(填“吸热”或“放热”)反应，该反应的ΔH=____(用含E1、E2的代数式表示)。(2)下列4个反应中，符合示意图描述的反应的是____(填代号)。A．盐酸与NaOH反应B．Na与H2O反应生成H2C．铝热反应D．灼热的炭与水蒸气反应生成CO和H2(3)已知热化学方程式:H2(g)+O2(g)=H2O(g)ΔH=241.8kJ/mol。该反应的活化能为167.2kJ/mol，则其逆反应的活化能为____。提分作业提分作业【练1】下列说法正确的是A．一定条件下，增大反应物的量会加快化学反应速率B．增大压强，一定会加快化学反应速率C．催化剂参与了化学反应降低了活化能，从而加快化学反应速率D．活化分子间的碰撞叫做有效碰撞【练2】下列说法正确的是A．增大反应物的质量，活化分子百分数增大，反应速率增大B．升高温度，活化分子百分数增大，反应速率增大C．增大压强，活化分子百分数增大，反应速率增大D．使用催化剂，分子能量提高，活化分子百分数增大，反应速率增大【练3】下列说法正确的是①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应；②普通分子有时也能发生有效碰撞；③升高温度会加快反应速率，原因是增加了活化分子的有效碰撞次数；④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多；⑤使用催化剂能提高反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大；⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞A．①②⑤ B．③④⑥ C．③④⑤ D．②③④【练4】已知反应S2O(aq)+2I(aq)2SO(aq)+I2(aq)，若向该溶液中加入含Fe3+的某溶液，反应机理如图所示。下列有关该反应的说法错误的是①2Fe3+(aq)+2I(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)②2Fe2+(aq)+S2O(aq)=2Fe3+(aq)+2SO(aq)A．反应①和反应②相比，反应②更容易发生B．Fe3+是该反应的催化剂C．增大Fe3+的浓度，能够加快反应速率D．若不加Fe3+，正反应的活化能比逆反应的活化能大【练5】甲硫醇是一种重要的原料和化工试剂，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法不正确的是A．CH3SH为共价化合物B．该过程中断