专题2 微专题4 化学反应历程的能量探析-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1苏教版（河北专版）（教师用书）

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，不改变反应的反应热，D错误；CH4＋CO2→CH3COOH，反应的原子利用率为100%，A正确；由题图可知，CH4→CH3COOH有C—H键发生断裂，B正确；反应物总能量高于生成物总能量，反应放出能量，①→②形成了C—C键，C正确。 答案　D 3．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫，下列说法正确的是(　　) A．每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量 B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV C．氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程 D．炭黑颗粒不是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂 解析　根据能量变化图分析，最终结果为活化氧，体系能量降低，则每活化一个氧分子放出0.29 eV能量，A错误；根据能量图分析，没有水加入的反应活化能为E＝0.75 eV，有水加入的反应的活化能为E＝0.57 eV，所以水可使氧分子活化反应的活化能降低0.75 eV－0.57 eV＝0.18 eV，B错误；根据图像分析，氧分子活化过程中O—O键断裂，生成C—O键，所以氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程，C正确；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子产生活化氧，所以炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂，D错误。 答案　C 4．我国科学家研究出在S－In催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原CO2制甲酸。图1表示不同催化剂及活性位上生成H*的能量变化，图2表示反应历程，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是(　　) A．S－In/S表面更容易生成H* B．S2－与K＋(H2O)n微粒间的静电作用促进了H2O的活化 C．CO2经两步转化生成HCOO－ D．H*＋OH－―→H2＋*＋OH－相对能量变化越小，越有利于抑制H