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微专题(四) 化学反应历程的能量探析
专题2 化学反应速率与化学平衡
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专题2 化学反应速率与化学平衡
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1.基元反应、过渡态理论及活化能
(1)基元反应:研究发现,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。
(2)过渡态理论:过渡状态理论认为,反应物分子并不只是通过简单的碰撞直接形成产物,而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态,并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。这与爬山类似,山的最高点便是过渡态。
2.多步反应的活化能及与速率的关系
(1)多步反应的活化能:一个化学反应由多个基元反应完成,每一个基元反应都经历一个过渡态,及达到该过渡态所需要的活化能(如图,E1、E2),而该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值,没有实际物理意义。
(2)活化能和速率的关系:基元反应的活化能越大,反应物到达过渡态就越不容易,该基元反应速率就越慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。
3.关于催化剂
(1)催化剂的催化机理:催化剂参与化学反应,生成能量更低的中间产物,降低了达到过渡态所需要的活化能,使反应易于发生,速率加快。这就是我们常说的催化剂改变反应途径,降低反应的活化能。
(2)催化反应一般过程(简化的过程):
①反应物扩散到催化剂表面;
②靠近催化剂表面的反应物分子被催化剂吸附;
③被吸附的分子在催化剂的作用下进行化学反应;
④生成物分子从催化剂上脱附下来;
⑤生成物分子从催化剂表面离开反应器。
1.(2022·石家庄调研)工业合成三氧化硫的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1,反应过程可用如图模拟(代表O2分子,代表SO2分子,代表催化剂)。下列说法正确的是( )
A.过程Ⅰ和过程Ⅳ决定了整个反应进行的程度
B.过程Ⅱ为吸热过程,过程Ⅲ为放热过程
C.催化剂可降低整个反应的活化能,因此使ΔH减小
D.1 mol SO2和1 mol O2反应,放出的热量大于99 kJ
解析 过程Ⅲ中O原子和S原子结合生成SO3,决定整个反应进行的程度,A错误;过程Ⅱ中O2、SO3中共价键断裂,要吸收能量,为吸热过程,过程Ⅲ中形成SO3中的共价键,要放出能量,为放热过程,B正确;催化剂可改变反应途径,降低整个反应的活化能,而ΔH取决于反应物和生成物具有的总能量的相对大小,故ΔH不变,C错误;SO2转变为SO3的反应是可逆反应,1 mol SO2和 1 mol O2反应生成的SO3的物质的量小于1 mol,故放出的热量小于99 kJ,D错误。
答案 B
2.我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下:
下列说法不正确的是( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可改变反应的反应热
解析 催化剂只改变反应的途径,不改变