第6章 素养提升 解读或运用能量——反应历程图，解决反应历程中的能量问题-【优化探究】2024高考化学一轮复习高考总复习配套教参（人教版双选 新教材 新高考）

解读或运用能量—反应历程图，解决反应历程中的能量问题 授课提示：对应学生用书第192页 1．熟悉能量—反应流程图的结构与意义 2．解答机理题需要关注的几个问题： (1)首先判断题目所给的流程是一个完整的流程还是部分流程： 一个完整的催化反应的机理图应该包括“反应物状态和能量”、“吸附过程(释放能量)”、“基元反应(一般不止一个)”、“脱附(或解吸附)过程(吸收能量)”四部分。 (2)学会判断基元反应，一个复杂反应的机理一般包括多个基元反应，其中每一个能量“升高－平台－下降”的部分为一个基元反应，升高部分为该基元反应的正反应的活化能(或能垒)，下降部分为该基元反应的逆反应的活化能(或能垒)。 (3)活化能(或能垒)决定了基元反应的速率快慢，最大者为决速步骤。 (4)注意机理图中相对能量的单位及其含义，一般为kJ·mol－1或eV，kJ·mol－1含义为1 mol物质组合的能量，而eV为一个电子(所带电量为1.6×10－19C的负电荷)经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。 (5)图像中能量均为相对能量，只有相对大小、相互比较的意义，若参照反应物的相对能量设为0，则正值说明该处物质的总能量比参照标准能量高，负值仅仅说明该处物质的总能量比参照能量低。 (6)关注图像中每一种物质的聚集状态：气态(g)、液态(l)、固态(s)、吸附态(*)，书写基元反应的化学方程式或热化学方程式时要标注清楚。 1．乙炔可用于照明、焊接及切割金属，也是制备乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题： (1)已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890 kJ/mol； ②C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH2＝－1 300 kJ/mol； ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3＝－572 kJ/mol。则2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)　ΔH＝____________ kJ/mol。 (2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。 若用、、和分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是____________(填字母)，其理由是________________________。 解析：(1)根据盖斯定律，由①×2－②－③×可得2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)，则ΔH＝2ΔH1－ΔH2－ΔH3＝(－890×2＋1 300＋×572)kJ/mol＝＋378 kJ/mol。(2)由甲烷裂解过程示意图可知，甲烷先吸附在固体催化剂表面，随后甲烷分子断键变成了独立的氢原子和碳原子，最后原子之间重新结合形成乙炔分子和氢气分子。由(1)可知，甲烷的裂解反应为吸热反应，故能量A＜C，而甲烷分子断键时需要吸收能量，故能量A＜B，所以能量状态最低的是A。 答案：(1)＋378　(2)A　CH4的裂解反应为吸热反应，CH4分子断键时需要吸收能量 2．以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．过程①中钛氧键断裂会释放能量 B．该反应中，光能和热能转化为电能 C．使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能，从而提高化学反应速率 D．CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋30 kJ·mol－1 解析：化学键断裂需要吸收能量，故过程①中钛氧键断裂需要吸收能量，A错误；由题意可知，该反应中未涉及原电池反应，故该反应中是光能和热能转化为化学能，B错误；由题意可知，使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能，从而提高化学反应速率，C正确；根据反应的焓变等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，故CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝2×1 598 kJ·mol－1－2×1 072 kJ·mol－1－496 kJ·mol－1＝＋556 kJ·mol－1，D错误。 答案：C 3．(双选)硫酸甲酯(CH3OSO3H)是制造染料的甲基化试剂，在有H2O存在的条件下，CH3OH和SO3的反应历程如图所示(分子间的作用力用“”表示)。下列说法错误的是(　　) A．CH3OH与SO3反应的ΔH<0 B．a、b、c三种中间产物中，b最稳定 C．该反应历程中最大活化能为19.06 eV D．由d转化为f过程中，有硫氧键的断裂和生成 解析：由题意可知，A正确；a、b、c中a的能量最低，故a最稳定，B错误；由题意可知，第二步反应的活化能最高