2024年高中化學(xué)新教材同步 選擇性必修第一冊(cè) 第2章　第1節(jié)　第3課時(shí)　活化能

第3課時(shí)活化能[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程。2.能用簡單碰撞理論說明反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，體會(huì)理論模型的建構(gòu)過程，強(qiáng)化模型認(rèn)知意識(shí)。一、基元反應(yīng)與反應(yīng)歷程1．基元反應(yīng)大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)往往經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)。其中每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)。如2HI=H2＋I(xiàn)2的兩步基元反應(yīng)為2HI→H2＋2I·、2I·→I2。2．反應(yīng)機(jī)理先后進(jìn)行的基元反應(yīng)反映了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)歷程，反應(yīng)歷程又稱反應(yīng)機(jī)理。3．飛秒化學(xué)(1)基元反應(yīng)的整個(gè)過程一般分為：始態(tài)→過渡態(tài)→終態(tài)(或中間體、中間產(chǎn)物)。(2)跟蹤和檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)中某些壽命極短的中間體或過渡態(tài)，必須采用10－15～10－12s的時(shí)間分辨技術(shù)，可以分辨分子、原子飛秒級(jí)變動(dòng)圖像的激光脈沖技術(shù)，可以跟蹤、觀察基元反應(yīng)的整個(gè)過程。(3)對(duì)超快速化學(xué)反應(yīng)的研究稱為飛秒(fs,1fs＝10－15s)化學(xué)。(4)飛秒化學(xué)對(duì)了解化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、控制反應(yīng)進(jìn)程、充分利用物質(zhì)和能源等非常重要。1．由反應(yīng)物微粒一步直接實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。某化學(xué)反應(yīng)是通過三步基元反應(yīng)實(shí)現(xiàn)：①Ce4＋＋Mn2＋→Ce3＋＋Mn3＋；②Ce4＋＋Mn3＋→Ce3＋＋Mn4＋；③Ti＋＋Mn4＋→Ti3＋＋Mn2＋。由此可知：(1)該反應(yīng)的總反應(yīng)的方程式為________________________________。(2)該反應(yīng)的催化劑是________。答案(1)2Ce4＋＋Ti＋=2Ce3＋＋Ti3＋(2)Mn2＋解析催化劑是在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率(既能提高也能降低)，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)。從三個(gè)反應(yīng)可以看出Ce4＋最終變?yōu)镃e3＋，Ti＋變?yōu)門i3＋，Mn2＋沒變，故為催化劑。2．甲烷氣相熱分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH4→CH3—CH3＋H2，該反應(yīng)的機(jī)理如下：①CH4→·CH3＋·H；②________________________________；③CH4＋H·→·CH3＋H2；④·CH3＋H·→CH4。補(bǔ)充反應(yīng)②的方程式。答案·CH3＋CH4→CH3—CH3＋H·解析烷烴的熱解反應(yīng)，是典型的自由基反應(yīng)，自由基反應(yīng)一般經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈傳遞、鏈終止的過程，故第二步反應(yīng)屬于鏈傳遞環(huán)節(jié)，產(chǎn)物中還有自由基生成，且生成物有乙烷，故確定其反應(yīng)原理為·CH3＋CH4→CH3—CH3＋H·。3．利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除廢氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質(zhì)，其反應(yīng)歷程如圖所示：(1)X是________。(2)上述歷程的總反應(yīng)為________________________________。(3)由反應(yīng)歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應(yīng)的________。答案(1)N2、H2O(2)2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(催化劑))2N2＋3H2O(3)中間產(chǎn)物解析(1)圖示反應(yīng)可以生成X的反應(yīng)為[(NH4)2(NO2)]2＋＋NO=[(NH4)(HNO2)]＋＋X＋H＋，由原子守恒判斷X為N2和H2O。(2)由反應(yīng)歷程圖可知，氨氣、二氧化氮和一氧化氮是反應(yīng)物，氮?dú)馀c水是生成物，所以總反應(yīng)為2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(催化劑))2N2＋3H2O。(3)由反應(yīng)歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應(yīng)的中間產(chǎn)物。在催化循環(huán)反應(yīng)體系中：催化劑首先直接和原料反應(yīng)，反應(yīng)前后存在，反應(yīng)過程中不存在，催化劑可循環(huán)再生，即“失而復(fù)得”；而中間體(中間產(chǎn)物)只在反應(yīng)過程中出現(xiàn)。1．鹵代烴與端基炔(R′C≡CH)催化偶聯(lián)反應(yīng)的一種機(jī)理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．偶聯(lián)反應(yīng)中起催化作用的是M和CuIB．R′C≡CCu為該催化過程的中間產(chǎn)物C．該偶聯(lián)反應(yīng)的原理為R′C≡CH＋RI→R′C≡CR＋HID．該催化機(jī)理改變了反應(yīng)路徑和反應(yīng)熱答案D解析由轉(zhuǎn)化圖可知，偶聯(lián)反應(yīng)中起催化作用的是M和CuI，故A正確；由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，R′C≡CCu產(chǎn)生后又被消耗，為該催化過程的中間產(chǎn)物，故B正確；由流程可知，該偶聯(lián)反應(yīng)的原理為R′C≡CH＋RI→R′C≡CR＋HI，故C正確；催化劑改變反應(yīng)路徑，不改變反應(yīng)熱，故D錯(cuò)誤。2．CO與N2O在鐵催化劑表面進(jìn)行如下兩步反應(yīng)，其相對(duì)能量與反應(yīng)歷程如圖所示。第一步：Fe*＋N2O=FeO*＋N2第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO2回答下列問題：(1)該反應(yīng)的催化劑是______________。(2)第一步反應(yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”，下同)反應(yīng)，第二步反應(yīng)是________反應(yīng)。(3)該反應(yīng)的總反應(yīng)化學(xué)方程式為____________________________________________。答案(1)Fe*(2)放熱放熱(3)CO＋N2O=N2＋CO2解析(1)由題意可知，第一步Fe*被消耗，第二步又生成，說明Fe*是反應(yīng)的催化劑。(2)根據(jù)反應(yīng)歷程圖可知，兩步反應(yīng)的生成物的總能量均低于反應(yīng)物的總能量，則兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。(3)根據(jù)蓋斯定律：第一步反應(yīng)＋第二步反應(yīng)＝總反應(yīng)，則總反應(yīng)為CO＋N2O=N2＋CO2。二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的理論分析1．基元反應(yīng)發(fā)生的先決條件反應(yīng)物的分子必須發(fā)生碰撞，但是并不是每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2．有效碰撞3．活化能和活化分子(1)活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。對(duì)于某一化學(xué)反應(yīng)來說，在一定條件下，反應(yīng)物分子中活化分子的百分?jǐn)?shù)是一定的。(2)活化能：活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差，叫做反應(yīng)的活化能。4．反應(yīng)物、生成物的能量與活化能的關(guān)系圖5．有效碰撞理論影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的解釋(1)濃度反應(yīng)物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)增加→化學(xué)反應(yīng)速率增大；反之，化學(xué)反應(yīng)速率減小。(2)壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)→氣體體積縮小→反應(yīng)物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)增加→化學(xué)反應(yīng)速率增大；反之，化學(xué)反應(yīng)速率減小。壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，可轉(zhuǎn)化成濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(3)溫度升高溫度，反應(yīng)物分子的能量增加→使一部分原來能量較低的分子變成活化分子→活化分子的百分?jǐn)?shù)增大→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)增加→化學(xué)反應(yīng)速率增大；反之，化學(xué)反應(yīng)速率減小。(4)催化劑使用催化劑→改變了反應(yīng)歷程(如下圖)，反應(yīng)的活化能降低→更多的反應(yīng)物分子成為活化分子→活化分子的百分?jǐn)?shù)增大→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)增加→化學(xué)反應(yīng)速率增大。(1)當(dāng)碰撞的分子具有足夠的能量和適當(dāng)?shù)娜∠驎r(shí)才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)()(2)活化能大的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)()(3)催化劑能降低反應(yīng)所需的活化能，ΔH也會(huì)發(fā)生變化()(4)活化能越高，反應(yīng)越難發(fā)生，反應(yīng)速率越慢()(5)增大反應(yīng)物的濃度，使活化分子百分?jǐn)?shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率增大()(6)增大壓強(qiáng)，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率一定增大()(7)升高反應(yīng)體系溫度，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率一定增大()(8)一般使用催化劑可降低反應(yīng)的活化能，活化分子百分?jǐn)?shù)不變，化學(xué)反應(yīng)速率增大()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)√(8)×1．濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑四因素中，能夠改變活化分子百分?jǐn)?shù)的有哪些？提示溫度、催化劑能夠改變活化分子百分?jǐn)?shù)。2．基元反應(yīng)過渡狀態(tài)理論認(rèn)為，基元反應(yīng)在從反應(yīng)物到生成物的變化過程中要經(jīng)歷一個(gè)中間狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)稱為過渡態(tài)。例如，一溴甲烷與NaOH溶液反應(yīng)的過程可以表示為CH3Br＋OH－→[Br…CH3…OH]→Br－＋CH3OH過渡態(tài)能量與反應(yīng)物的平均能量的差值相當(dāng)于活化能，基元反應(yīng)的活化能(能壘)越高，此步基元反應(yīng)速率越慢。請(qǐng)用有效碰撞理論解釋原因。提示活化能大時(shí)，反應(yīng)物分子不易成為活化分子，很少發(fā)生有效碰撞，反應(yīng)不易發(fā)生。1．下列說法不正確的是()A．圖甲中曲線Ⅱ可以表示催化劑降低了反應(yīng)的活化能B．圖乙中HI分子發(fā)生了有效碰撞C．鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)活化能接近于零D．增大反應(yīng)物濃度，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加答案B解析催化劑可降低反應(yīng)的活化能，A正確；能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞才是有效碰撞，由圖乙可知碰撞后沒有生成新物質(zhì)，即沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不是有效碰撞，B錯(cuò)誤；鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子與氫氧根離子反應(yīng)生成水，在溶液中氫離子與氫氧根離子已經(jīng)處于活躍狀態(tài)，因此鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的活化能接近于零，C正確；增大反應(yīng)物濃度，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加，D正確。2．H2O2是重要的消毒劑、氧化劑，研究其分解反應(yīng)有重要意義。KI能催化H2O2的分解。①不加KI：2H2O2=2H2O＋O2↑②加入KI：H2O2＋I(xiàn)－=H2O＋I(xiàn)O－；H2O2＋I(xiàn)O－=H2O＋O2↑＋I(xiàn)－H2O2分解反應(yīng)過程中能量變化如圖所示。下列判斷不正確的是()A．加入KI后改變了反應(yīng)的歷程B．加入KI后改變了反應(yīng)2H2O2=2H2O＋O2的反應(yīng)熱C．H2O2＋I(xiàn)－=H2O＋I(xiàn)O－是吸熱反應(yīng)D．KI降低了該反應(yīng)的活化能答案B解析由反應(yīng)歷程圖可知，不加KI時(shí)反應(yīng)一步完成，加入KI后分兩步進(jìn)行，并且KI是催化劑，即加入KI后改變了反應(yīng)的歷程，故A項(xiàng)正確；KI是該反應(yīng)的催化劑，但催化劑不能改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，即不能改變反應(yīng)的反應(yīng)熱，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；加入KI后反應(yīng)分兩步進(jìn)行：H2O2＋I(xiàn)－=H2O＋I(xiàn)O－、H2O2＋I(xiàn)O－=H2O＋O2↑＋I(xiàn)－，由圖可知，H2O2和I－具有的能量小于H2O和IO－具有的能量，所以該步反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故C項(xiàng)正確；催化劑能降低反應(yīng)的活化能，KI是該反應(yīng)的催化劑，降低了反應(yīng)的活化能，故D項(xiàng)正確?；罨肿?、有效碰撞與反應(yīng)速率的關(guān)系三、催化機(jī)理與反應(yīng)歷程1．催化劑特點(diǎn)(1)催化劑具有高效性和選擇性，某種催化劑對(duì)某一反應(yīng)可能催化活性很強(qiáng)，但對(duì)其他反應(yīng)不一定具有催化作用，可以選用合適的催化劑來調(diào)控反應(yīng)。(2)催化劑的催化活性除了與自身成分有關(guān)外，還與粒徑、合成方法等因素以及溫度、壓強(qiáng)等條件有關(guān)，催化劑發(fā)揮作用需要維持在活性溫度范圍內(nèi)，溫度過高，催化活性降低。2．催化劑與反應(yīng)歷程(1)催化反應(yīng)歷程可表示為擴(kuò)散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。(2)催化劑通過參與反應(yīng)改變反應(yīng)歷程、降低反應(yīng)的活化能來加快反應(yīng)速率?；罨茉酱螅磻?yīng)越難進(jìn)行。(3)復(fù)雜反應(yīng)中的速度控制步驟決定反應(yīng)的速率，各步基元反應(yīng)活化能(能壘)大的慢反應(yīng)是決定整個(gè)反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。故改變溫度，活化能大的反應(yīng)速率改變程度大。1．反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：積碳反應(yīng)：CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反應(yīng)：CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)＋75＋172活化能/(kJ·mol－1)催化劑X3391催化劑Y4372由上表判斷，催化劑X________(填“優(yōu)于”或“劣于”)Y，理由是_____________________________________________________________________________________________________。提示劣于催化劑X較催化劑Y，積碳反應(yīng)時(shí)，活化能低，反應(yīng)速率大，消碳反應(yīng)時(shí)，活化能高，反應(yīng)速率小，綜合考慮，催化劑X較催化劑Y更利于積碳反應(yīng)，不利于消碳反應(yīng)，會(huì)降低催化劑活性2．生物催化劑——酶對(duì)反應(yīng)速率的影響如圖所示：根據(jù)酶促反應(yīng)速率曲線說明酶的催化活性：_________________________________________。提示由曲線說明在最適的溫度和pH條件下，酶的活性最高對(duì)催化劑的選擇性的理解(1)同一反應(yīng)，不同催化劑對(duì)該反應(yīng)的催化效果不同。(2)同一催化劑，對(duì)不同反應(yīng)催化效果也不同。(3)催化劑的催化活性還與溫度、酸堿度等因素有關(guān)，使用催化劑時(shí)需選擇適宜條件。1．甲酸被認(rèn)為是理想的氫能載體，我國科技工作者運(yùn)用DFT計(jì)算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產(chǎn)生H2的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注。回答下列問題：(1)該歷程中決定正反應(yīng)速率步驟的能壘(活化能)E正＝________eV，該步驟的反應(yīng)方程式為________________________________________________________________________。(2)該歷程中甲酸分解制氫氣的熱化學(xué)方程式為________________________________。答案(1)0.98HCOOH*=HCOO*＋H*(2)HCOOH(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－0.15NAeV·mol－1解析(1)反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢，化學(xué)反應(yīng)速率取決于最慢的一步，由圖可知，HCOOH*轉(zhuǎn)化為HCOO*和H*的反應(yīng)的活化能最大，反應(yīng)速率最慢，則該歷程中決定正反應(yīng)速率步驟的反應(yīng)方程式為HCOOH*=HCOO*＋H*，能壘(活化能)E正＝0.77eV－(－0.21)eV＝0.98eV。(2)由圖可知，甲酸分解生成二氧化碳和氫氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱ΔH＝=mol－1。2．(2022·沈陽高二檢測(cè))氧化亞氮在碘蒸氣存在時(shí)的熱分解反應(yīng)：2N2O→2N2＋O2，其反應(yīng)機(jī)理包含以下步驟：第一步：I2(g)2I(g)(快反應(yīng))；第二步：I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋I(xiàn)O(g)(慢反應(yīng))；第三步：IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(xiàn)(g)(快反應(yīng))。下列說法錯(cuò)誤的是()A．第二步對(duì)分解反應(yīng)速率起決定作用B．I2的濃度與N2O的分解速率無關(guān)C．慢反應(yīng)的活化能大于快反應(yīng)的活化能D．第二步反應(yīng)中I(g)作還原劑答案B解析化學(xué)反應(yīng)速率的快慢取決于慢反應(yīng)，則第二步對(duì)分解反應(yīng)速率起決定作用，故A正確；N2O分解反應(yīng)中，I2是反應(yīng)物，碘蒸氣的濃度與N2O的分解速率有關(guān)，故B錯(cuò)誤；活化能越大反應(yīng)速率越慢，則慢反應(yīng)的活化能大于快反應(yīng)的活化能，故C正確；第二步反應(yīng)中I(g)→IO(g)，I元素化合價(jià)升高，作還原劑，故D正確。3．平流層中氟氯烴對(duì)臭氧層的破壞是由于含氯化合物的催化作用改變了臭氧分解反應(yīng)的歷程，其反應(yīng)過程的能量變化如圖?？偡磻?yīng)：O3＋O→2O2。催化反應(yīng)：①O3＋Cl→O2＋ClO；②ClO＋O→Cl＋O2。下列說法正確的是()A．Ea＝Ea1＋Ea2B．反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，因此反應(yīng)速率：反應(yīng)①＜反應(yīng)②C．對(duì)于加了催化劑的反應(yīng)：反應(yīng)速率主要由反應(yīng)①?zèng)Q定D．對(duì)于總反應(yīng)，反應(yīng)物的鍵能之和大于生成物的鍵能之和答案C解析催化劑能降低反應(yīng)的活化能，并且催化效率越強(qiáng)，活化能降低越多，所以圖中Ea與(Ea1＋Ea2)之間沒有等量關(guān)系，A錯(cuò)誤；由圖可知，反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②，所以反應(yīng)速率：反應(yīng)①＜反應(yīng)②，與反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)無關(guān)，B錯(cuò)誤、C正確；由圖可知，總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，焓變＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能，所以反應(yīng)物的鍵能之和小于生成物的鍵能之和，D錯(cuò)誤。題組一有效碰撞理論1．下列有關(guān)活化分子與活化能的說法正確的是()A．活化分子間所發(fā)生的碰撞均為有效碰撞B．活化分子的平均能量稱為活化能C．增大壓強(qiáng)可使活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速率加快D．升高溫度可使活化分子百分?jǐn)?shù)增加，反應(yīng)速率加快答案D解析只有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，活化分子間所發(fā)生的碰撞才為有效碰撞，故A錯(cuò)誤；活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差稱為活化能，故B錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，使單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)增多，只針對(duì)于氣體，不是氣體，則不成立，故C錯(cuò)誤；升高溫度，反應(yīng)物分子的能量增加，活化分子數(shù)增加，單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)也大大增加，有效碰撞機(jī)會(huì)增大，反應(yīng)速率加快，故D正確。2．改變下列條件，可以改變反應(yīng)的活化能的是()A．溫度 B．催化劑C．反應(yīng)物濃度 D．壓強(qiáng)答案B解析化學(xué)反應(yīng)中，壓強(qiáng)、濃度只能改變單位體積的活化分子數(shù)目，從而提高反應(yīng)速率，而不能改變反應(yīng)的活化能；溫度只改變活化分子的百分?jǐn)?shù)，不能改變反應(yīng)的活化能，只有加入催化劑，才可以改變反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)速率改變。3．下列說法不正確的是()A．增大反應(yīng)物濃度，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，有效碰撞次數(shù)增多B．增大壓強(qiáng)，單位體積內(nèi)氣體的活化分子數(shù)增多，有效碰撞次數(shù)增多C．升高溫度，活化分子百分?jǐn)?shù)增加，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，有效碰撞次數(shù)增多D．催化劑能降低反應(yīng)的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，有效碰撞次數(shù)增多答案A解析增大反應(yīng)物濃度，活化分子數(shù)目增多，但活化分子百分?jǐn)?shù)不變。題組二化學(xué)反應(yīng)機(jī)理或歷程4．氮?dú)馀c氫氣在催化劑表面發(fā)生合成氨反應(yīng)的微粒變化歷程如圖所示。下列關(guān)于反應(yīng)歷程的先后順序排列正確的是()A．④③①② B．③④①②C．③④②① D．④③②①答案A解析物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就是構(gòu)成物質(zhì)的微粒重新組合的過程，分子分解成原子，原子再重新組合成新的分子，新的分子構(gòu)成新的物質(zhì)，氫分子和氮分子都是由兩個(gè)原子構(gòu)成，它們?cè)诠腆w催化劑的表面會(huì)分解成單個(gè)的原子，原子再組合成新的氨分子。5．已知反應(yīng)S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)＋2I－(aq)2SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋I(xiàn)2(aq)，若向該溶液中加入含F(xiàn)e3＋的某溶液，反應(yīng)機(jī)理如下：①2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)I2(aq)＋2Fe2＋(aq)②2Fe2＋(aq)＋S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)2Fe3＋(aq)＋2SOeq\o\al(2－,4)(aq)下列有關(guān)該反應(yīng)的說法不正確的是()A．增大S2Oeq\o\al(2－,8)的濃度，反應(yīng)②的反應(yīng)速率加快B．Fe3＋是該反應(yīng)的催化劑C．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)D．Fe3＋降低了該反應(yīng)的活化能，也減小了該反應(yīng)的焓變答案D解析增大S2Oeq\o\al(2－,8)的濃度，反應(yīng)②的反應(yīng)速率加快，A正確；若向該溶液中加入含F(xiàn)e3＋的某溶液，發(fā)生的總反應(yīng)為S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)＋2I－(aq)2SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋I(xiàn)2(aq),Fe3＋為該反應(yīng)的催化劑，B正確；反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，C正確；催化劑不改變反應(yīng)的焓變，D錯(cuò)誤。6．(2022·北京房山區(qū)檢測(cè))CO2的轉(zhuǎn)化一直是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。利用兩種金屬催化劑，在水溶液體系中將CO2分別轉(zhuǎn)化為CO和HCOOH的反應(yīng)過程示意圖如下：下列說法正確的是()A．在轉(zhuǎn)化為CO的路徑中，只涉及碳氧鍵的斷裂和氫氧鍵的形成B．在轉(zhuǎn)化為HCOOH的路徑中，CO2被氧化為HCOOHC．兩個(gè)轉(zhuǎn)化路徑均有非極性鍵的形成D．上述反應(yīng)過程說明催化劑具有選擇性答案D解析由圖可知，在轉(zhuǎn)化為CO的路徑中，既涉及碳氧鍵的斷裂和氫氧鍵的形成，還有碳氧鍵的形成，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在轉(zhuǎn)化為HCOOH的路徑中，CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH是加氫過程，故是還原反應(yīng)而不是氧化反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；兩個(gè)轉(zhuǎn)化路徑中涉及的化學(xué)鍵均為極性鍵，C項(xiàng)錯(cuò)誤；二氧化碳在不同催化劑作用下，分別可生成甲酸和CO，說明催化劑具有選擇性，D項(xiàng)正確。7．過渡態(tài)理論認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)不是通過反應(yīng)物分子的簡單碰撞完成的。在反應(yīng)物分子生成產(chǎn)物分子的過程中，首先生成一種高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子。按照過渡態(tài)理論，NO2(g)＋CO(g)=CO2(g)＋NO(g)的反應(yīng)歷程如下，下列有關(guān)說法正確的是()A．第二步活化配合物之間的碰撞一定是有效碰撞B．活化配合物的能量越高，第一步的反應(yīng)速率越快C．第一步反應(yīng)需要吸收能量D．該反應(yīng)的反應(yīng)速率主要取決于第二步反應(yīng)答案C解析活化分子之間的碰撞不一定能發(fā)生反應(yīng)，不一定是有效碰撞，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；活化配合物的能量越高，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)目越少，有效碰撞的幾率越小，第一步反應(yīng)速率越慢，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)速率主要取決于第一步慢反應(yīng)的速率，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。8．某種含二價(jià)銅微粒[CuⅡ(OH)(NH3)]＋的催化劑可用于汽車尾氣脫硝，催化機(jī)理如圖1，反應(yīng)過程中不同態(tài)物質(zhì)體系所含的能量如圖2。下列說法正確的是()A．總反應(yīng)焓變?chǔ)>0B．由狀態(tài)②到狀態(tài)③是銅元素被氧化的過程C．狀態(tài)③到狀態(tài)④的變化過程中有O—H的形成D．該脫硝過程的總反應(yīng)方程式為4NH3＋2NO＋2O2=6H2O＋3N2答案C解析根據(jù)圖2可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，為放熱反應(yīng)，則總反應(yīng)焓變?chǔ)＜0，A錯(cuò)誤；由狀態(tài)②到狀態(tài)③，發(fā)生[CuⅡ(OH)(NH3)3]＋＋NO→[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋＋H2O，Cu元素的化合價(jià)降低，被還原，B錯(cuò)誤；狀態(tài)③到狀態(tài)④的變化過程為[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋→[CuI(NH3)2]＋＋N2＋H2O，有O—H的形成，C正確；根據(jù)圖1，該脫硝過程的總反應(yīng)方程式為4NH3＋4NO＋O2=6H2O＋4N2，D錯(cuò)誤。題組三相對(duì)能量圖像9．H2與ICl的反應(yīng)分①②兩步進(jìn)行，且兩步都是可逆反應(yīng)，其能量曲線如圖所示，下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．反應(yīng)①、反應(yīng)②均為放熱反應(yīng)B．反應(yīng)①、反應(yīng)②均為氧化還原反應(yīng)C．反應(yīng)①比反應(yīng)②的速率慢，總反應(yīng)速率取決于反應(yīng)②D．反應(yīng)H2(g)＋2ICl(g)=I2(g)＋2HCl(g)的ΔH＝－218kJ·mol－1答案C解析根據(jù)圖像可知，反應(yīng)①和反應(yīng)②中反應(yīng)物總能量都大于生成物總能量，則反應(yīng)①、反應(yīng)②均為放熱反應(yīng)，故A正確；反應(yīng)①和反應(yīng)②中均存在元素化合價(jià)變化，所以反應(yīng)①、②均屬于氧化還原反應(yīng)，故B正確；根據(jù)圖像可知，反應(yīng)①中正反應(yīng)的活化能較大，反應(yīng)②中正反應(yīng)的活化能較小，活化能越大反應(yīng)速率越慢，則反應(yīng)①比反應(yīng)②的速率慢，總反應(yīng)速率取決于反應(yīng)①，故C錯(cuò)誤；由圖像可知，反應(yīng)H2(g)＋2ICl(g)=I2(g)＋2HCl(g)的ΔH＝－218kJ·mol－1，故D正確。=CO2(g)＋H2(g)的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用·標(biāo)注。下列說法正確的是()A．該歷程中最大能壘(活化能)E正＝2.02eVB．步驟①：CO(g)＋H2O(g)=CO·＋H2O·ΔH>0C．步驟③的化學(xué)方程式為COOH·＋H2O=CO·＋OH·＋H2O(g)D．步驟⑤只有極性鍵H—O的形成答案A解析第④步正反應(yīng)的活化能最大，即E正＝1.86eV－(－0.16eV)＝2.02eV，A正確；步驟①反應(yīng)物的能量大于生成物的能量，為放熱反應(yīng)，CO(g)＋H2O(g)=CO·＋H2O·ΔH<0，B錯(cuò)誤；步驟③的化學(xué)方程式為CO·＋OH·＋H2O(g)=COOH·＋H2O·，C錯(cuò)誤；步驟⑤活化分子H·生成H2，形成了非極性鍵H—H，D錯(cuò)誤。11．CO與N2O氣體均會(huì)造成環(huán)境污染，研究表明二者可在Pt2O＋表面轉(zhuǎn)化為無害氣體，其反應(yīng)過程及能量變化過程如圖所示。下列說法正確的是()A．使用催化劑可降低反應(yīng)活化能，但不改變反應(yīng)歷程B．有催化劑條件下，E1時(shí)的反應(yīng)速率比E2快C．N2O(g)＋CO(g)=N2(g)＋CO2(g)ΔH＝ΔH1＋ΔH2D．Pt2O＋為中間體、Pt2Oeq\o\al(＋,2)為催化劑答案C解析使用催化劑有中間產(chǎn)物產(chǎn)生，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)活化能，故A錯(cuò)誤；有催化劑條件下，E1大于E2，活化能越小反應(yīng)速率越快，E1時(shí)的速率比E2慢，故B錯(cuò)誤；由圖可知N2O和CO在Pt2O＋表面轉(zhuǎn)化為無害氣體的反應(yīng)過程為①N2O(g)＋Pt2O＋=N2(g)＋Pt2Oeq\o\al(＋,2)ΔH1，②Pt2Oeq\o\al(＋,2)＋CO(g)=CO2(g)＋Pt2O＋ΔH2，①＋②得N2O(g)＋CO(g)=N2(g)＋CO2(g)ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故C正確；Pt2O＋是反應(yīng)的催化劑，Pt2Oeq\o\al(＋,2)為中間體，故D錯(cuò)誤。12．(2022·武漢高二期中)CO與N2O在鐵催化劑表面進(jìn)行如下兩步反應(yīng)，第一步：Fe*＋N2O=FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO2(快)。相對(duì)能量與反應(yīng)歷程如圖，下列說法正確的是()A．整個(gè)反應(yīng)中有極性鍵的斷裂和生成B．總反應(yīng)的反應(yīng)速率由第二步反應(yīng)決定C．第一步為吸熱反應(yīng)D．FeO*也是該反應(yīng)的催化劑答案A解析整個(gè)反應(yīng)中有氮氧鍵斷裂、碳氧鍵生成，故A正確；慢反應(yīng)決定總反應(yīng)速率，總反應(yīng)的反應(yīng)速率由第一步反應(yīng)決定，故B錯(cuò)誤；根據(jù)圖示，F(xiàn)eO*和N2的總能量小于Fe*和N2O的總能量，第一步為放熱反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)圖示，F(xiàn)eO*是中間產(chǎn)物，故D錯(cuò)誤。13．某反應(yīng)過程的能量變化關(guān)系如圖所示，按要求回答下列問題：(1)已知熱化學(xué)方程式H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1，該反應(yīng)的活化能為167.2kJ·mol－1，則其逆反應(yīng)的活化能為________________________________________________________________________。(2)已知C(石墨，s)=C(金剛石，s)ΔH＝＋1.5kJ·mol－1，某同學(xué)根據(jù)該反應(yīng)吸收的熱量較小，認(rèn)為由石墨變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)很容易進(jìn)行，但事實(shí)上該反應(yīng)卻很難發(fā)生，需要很高的溫度和很大的壓強(qiáng)，請(qǐng)你分析造成這種現(xiàn)象的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________。(3)對(duì)于同一反應(yīng)，圖中虛線Ⅱ與實(shí)線Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分?jǐn)?shù)增多，反應(yīng)速率加快，你認(rèn)為最可能的原因是_________________________________________________。答案(1)409.0kJ·mol－1(2)該反應(yīng)的活化能很高(3)使用了催化劑解析(1)該反應(yīng)的活化能為167.2kJ·mol－1，則其逆反應(yīng)的活化能＝正反應(yīng)活化能－反應(yīng)焓變＝167.2kJ·mol－1－(－241.8kJ·mol－1)＝409.0kJ·mol－1。(2)雖然石墨和金剛石的能量相差不大，但該反應(yīng)的活化能很高，因此引發(fā)該反應(yīng)需要很高的溫度和很大的壓強(qiáng)。(3)催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，加快反應(yīng)速率，因此虛線Ⅱ中改變的條件是使用了催化劑。14．氨氣是一種重要的化工產(chǎn)品，有廣泛用途，工業(yè)上可由氫氣和氮?dú)夂铣砂睔?。回答下列問題：(1)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，該反應(yīng)過程中的能量變化如圖1所示。正反應(yīng)的活化能Ea(正)＝________kJ·mol－1；NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)ΔH＝______________。(2)恒溫下，將一定量的N2、H2置于10L密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化情況如圖2。則0～10min內(nèi)的反應(yīng)速率v(H2)＝__________。(3)用、、、分別表示N2、H2、NH3和固體Fe催化劑，則在固體催化劑表面合成氨的過程如圖3所示。①吸附后，能量狀態(tài)最低的是________(填字母)。②結(jié)合上述原理，在固體Fe催化劑表面進(jìn)行NH3的分解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NH3的分解速率與其濃度的關(guān)系如圖4所示。從吸附和解吸過程分析，c0之前反應(yīng)速率增加的原因可能是________________________；c0之后反應(yīng)速率降低的原因可能是_________