2.1.3 活化能-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 人教版（2019）双选

第一节　化学反应速率 第3课时　活化能 优化探究 第二章　化学反应速率与化学平衡 [课程标准要求]　知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。 任务一　基元反应与反应历程 任务二　利用碰撞理论解释影响化学反应速率的因素 课时作业　巩固提升 任务一　基元反应与反应历程 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。其中的每一步反应都称为　　　　　　,例如2HI===H2+I2,实际上先后经过两个基元反应完成,分别是 　　　　　　　　　　、　　　　　　　。其中I·称为　　　　　　。  特别提醒　平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式,它只能表示出最初的反应物和最终的反应产物以及它们之间的化学计量关系。 基元反应 2HI―→H2+2I· 2I·―→I2 碘自由基 2.反应历程 先后进行的基元反应反映了化学反应的　　　　　　,又称 　　　　　　。  (1)每个基元反应的一般过程一般分为始态→过渡态→终态(可能是产物也可能是中间产物或中间体)。 反应历程 反应机理 (2)基元反应的表示方法 ①能量—反应进程图像的方式 ②环形机理图的方式 在环形机理图中常常涉及反应物、产物、中间产物、催化剂等概念,其中进入环中,始终没出来的是　　　　,没有进入环中,但在某一个位置出来的是　　　　　　,一开始进入环中,后来又出来的是　　　　,在上一个反应中出现,下一个反应中又反应掉的是　　　　　　。  反应物 产物 催化剂 中间产物 1.化学方程式能准确表示化学反应的真实过程。(　　) 2.催化剂在反应前后化学性质和质量均不变,因此催化剂不参与反应。 (　　) × × 某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示: 分析上述反应机理图,回答下列问题: (1)该反应的催化剂是　　　 　　　。  (2)上述历程中,经历“始态→过渡态→终态”完整过程的基元反应有 　 个。  (3)该过程的总反应为　 。  [L—Fe—H]+ 2 HCOOHCO2↑+H2↑ 任务二　利用碰撞理论解释影响化学反应速率的因素 1.碰撞理论 (1)有效碰撞 基元反应发生的先决条件是　　　　　　 　　　　　　,并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应,我们把能够发生化学反应的碰撞叫做　　　　　　。  反应物的分子必须发生碰撞 有效碰撞 (2)活化分子和活化能 ①活化分子:是指具有　　　 　、能够发生有效碰撞的分子。  ②活化能:活化分子具有的　　　　　　与反应物分子具有的 　　　　　　之差。  足够的能量 平均能量 平均能量 ③化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系: E1表示正反应的　　　　,E2是　　 　　　　　　　　　　　　　　, 　　　　表示反应热,即ΔH=　　　　。  特别提醒　从微观角度分析,正反应的活化能可以理解为 　　　　　　　　的总能量,活化分子变成生成物分子放出的能量可以理解为　　　　　　　　的总能量。  活化能 活化分子变成生成物分子放出的能量 E1-E2 E1-E2 旧键断裂吸收 新键生成放出 (3)活化能与化学反应速率的关系 活化能越大,反应速率　　　　;活化能越小,化学反应速率　　　　。  促进理解　可以把活化能想象成“门槛”,“门槛”越低,跨过“门槛”需要的能量越低,反应越容易,化学反应速率越快。反之,活化能越大,化学反应速率越慢。 越小 越大 (4)快反应、慢反应以及决速步骤 在某个化学反应历程的所有基元反应中,活化能　　　　的基元反应,化学反应速率　　　　,称之为慢反应;活化能　　　　的基元反应,化学反应速率　　　　,称之为快反应;整个反应的快慢取决于　　　　的那个反应,该基元反应称之为该反应的决速反应,也称决速步骤。  大 慢 小 快 最慢 2.外界条件对化学反应速率影响的理论解释 分析上述关系图,填写下列有关外界条件对化学反应速率影响的空白: (1)浓度 反应物的浓度增大→单位体积内的活化分子数　　　　→单位时间内有效碰撞的次数　　　　→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。  (2)压强 缩小容器的容积→反应体系压强　　　　→反应物的浓度　　　　→单位体积内的活化分子数　　　　→单位时间内有效碰撞的次数 　　　　→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。  增多 增多 增大 增大 增多 增多 特别提醒　若容器的容积不变,改变压强,反应物的浓度未变,则单位体积内的活化分子数不变,单位时间内有效碰撞的次数不变,化学反应速率不变。例如,恒温、恒容条件下,充入稀有气体,压强增大,化学反应速率不变。 若容器的容积可变,容器内压强增大,反应物的浓度减小,则单位体积内的活化分子数减少,单位时间内有效碰撞的次数减少,化学反应速率减小。例如恒温、恒压条件下,充入稀有气体,化学反应速率减小。 (3)温度 升高温度→反应物分子的能量　　　　→原来的能量较低的分子变成 　　　　　　→活化分子百分数　　　　→单位时间内有效碰撞的次数 　　　　→化学反应速率增大;反之,化学反应速率减小。  增大 活化分子 增大 增多 (4)催化剂 使用合适的催化剂→改变化学反应的　　　　　　→使反应的活化能 　　　　→原来能量较低的分子变成　　　　　　→活化分子百分数 　　　　→单位时间内有效碰撞的次数　　　→化学反应速率增大。如图是加入催化剂前后反应历程的变化。  反应历程 降低 活化分子 增加 增加 分析上述图像,回答下列问题: ①虚线表示的　　　　(填“加入”或“未加入”)催化剂的反应图像。  ②加入催化剂后,E1　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),E2 　　　　,且变化的程度　　　　(填“相同”或“不同”),v正　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),v逆　　　　,反应的焓变　　　　。  加入 减小 减小 相同 增大 增大 不变 1.当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时才能发生化学反应。 (　　) 2.活化能大的反应一定是吸热反应。(　　) 3.催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH也会发生变化。(　　) 4.活化能越高,反应越难发生,反应速率越慢。(　　) 5.增大反应物的浓度,使活化分子百分数增加,化学反应速率增大。(　　) 6.增大压强,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大。(　　) √ × × √ × × 7.升高反应体系温度,活化分子百分数一定增加,化学反应速率一定增大。(　　) 8.一般使用催化剂可降低反应的活化能,活化分子百分数不变,化学反应速率增大。(　　) √ × 1.(双选)(2024·山东聊城高二检测)亚硫酸钠和碘酸钾在酸性溶液中发生以下反应:aNa2SO3+bKIO3+cH2SO4―→ eNa2SO4+fK2SO4+gI2+hH2O。该反应的过程和机理较复杂,一般认为发生以下①~④反应: ①I+S===I+S(反应速率慢) ②I+2S===I-+2S(反应速率快) ③5I-+6H++I===3I2+3H2O(反应速率快) ④I2+S+H2O===2I-+S+2H+(反应速率快) 下列说法不正确的是(　　) A.反应①的活化能大于反应④ B.该反应总的反应速率由反应③决定 C.若预先加入淀粉溶液,I消耗完全时,才会有使淀粉变蓝的现象产生 D.若反应中有5 mol电子转移,则生成0.5 mol I2 BC 反应①是慢反应,反应④是快反应,则反应①的活化能大于反应④,故A正确;反应③是快反应,则该反应总的反应速率由慢反应反应①决定,故B错误;由反应机理可知,反应①是I和S反应,且为慢反应,而反应④是I2和S反应,为快反应,由此说明I2和S反应比I和S反应更快,故若预先加入淀粉溶液,由反应过程,在S消耗完时,才会有使淀粉变蓝的现象产生,故C错误;根据得失电子守恒和电荷守恒配平总方程式为5Na2SO3+2KIO3+H2SO4===5Na2SO4+K2SO4+I2+H2O,其中氧化剂是KIO3,反应中KIO3中I元素的化合价由+5价变为0价,故若反应中有5 mol电子转移,则生成碘的物质的量为0.5 mol,故D正确。 2.二氧化碳选择性加氢制甲醇是解决温室效应、发展绿色能源和实现经济可持续发展的重要途径之一。常温常压下利用铜基催化剂实现二氧化碳选择性加氢制甲醇的反应机理和能量变化图如下(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注),下列说法错误的是(　　) A.催化剂能改变反应机理,加快反应速率,降低反应热 B.二氧化碳选择性加氢制甲醇是放热反应 C.该历程的决速步骤为HCOO*+4H*===CH3O*+H2O D.总反应为CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) 答案:A 催化剂能改变反应机理,加快反应速率,不能改变反应热,选项A错误;由反应历程图可知反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应为放热反应,选项B正确;由反应历程图可知,HCOO*+4H*===CH3O*+H2O的活化能最大,是该历程的决速步骤,选项C正确;该反应的反应物是CO2和H2,生成物是CH3OH和H2O,则总反应为CO2(g)+3H2 OH(g)+H2O(g),选项D正确。 3.在有气体参与的反应中,①增大反应物浓度、②升高温度、③增大压强(压缩体积)、④加入催化剂,若以上四种方法均可使反应速率增大,回答下列问题(填序号): (1)降低反应活化能的是　　　　。  (2)增加活化分子百分数的是　　　　。  (3)未改变活化分子百分数,增加单位体积内分子总数的是　　　　。  (4)增加单位体积内活化分子数的是　　　 　。  ④ ②④ ①③ ①②③④ 4.我国科学家合成了一种新型Au15/MoC材料,实现了低温催化水煤气变换。反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS指过渡态。 (1)该反应的决速步骤为 ______________________________________(用化学方程式表示)。  (1)从图中可知,过渡态TS1的相对能量最大,此时的活化能最大,反应速率最慢,因此该基元反应为决速步骤,即CO*+2H2O*―→CO*+H2O*+OH*+ H*。 CO*+2H2O*―→CO*+H2O*+OH*+H* (2)分子从催化剂表面脱附需要放热的过程是_________________________________________。  (2)从图中可知C+H2O*+2H*转化为CO2+H2O*+2H*的过程是放热的。 C+H2O*+2H*―→CO2+H2O*+2H* (3)在该反应历程中,CO在催化剂表面氧化成CO2过程的活化能为 　　　　eV。  (3)CO在催化剂表面氧化成CO2过程的活化能为-1.76 eV-(-2.48 eV)=0.72 eV。 0.72 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 对点训练 题组一　基元反应与反应机理 1.已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为 H2O2+I-―→H2O+IO-　(慢) H2O2+IO-―→H2O+O2+I-　(快) 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A.反应速率与I-浓度有关 B.IO-也是该反应的催化剂 C.反应H2O2(aq)===H2O(l)+O2(g)的ΔH=+98 kJ·mol-1 D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2) 9 10 A 11 2.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现: ①Ce4++Mn2+―→Ce3++Mn3+ ②Ce4++Mn3+―→Ce3++Mn4+ ③Ti++Mn4+―→Ti3++Mn2+ 由此可知: (1)该反应的总反应方程式为___________________________________。  (2)该反应的催化剂是　　　　,中间产物是　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2Ce4++Ti+===2Ce3++Ti3+ Mn2+ Mn3+、Mn4+ 11 题组二　碰撞理论 3.下列有关有效碰撞的说法不正确的是(　　) A.能发生有效碰撞的分子一定是活化分子 B.有效碰撞是发生化学反应的充要条件 C.不存在活化能为零的反应 D.活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 能发生有效碰撞的分子,能量较高,一定是活化分子,故A正确;能发生化学反应的碰撞为有效碰撞,所以有效碰撞是发生化学反应的充要条件,故B正确;反应的活化能是各基元反应的组合,可正可负可为零,故C错误;活化分子发生化学反应的碰撞才为有效碰撞,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 4.在有气体参加的反应中,能使反应物中活化分子数和活化分子百分数同时增加的方法是(　　) ①增大反应物的浓度　②升高温度　③增大压强　④移去生成物　⑤加入催化剂 A.②⑤　　　　　　　 B.①②③⑤ C.①②③ D.①②③④⑤ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 5.下列说法正确的是(　　) A.增大反应物浓度,可增加单位体积内活化分子的百分数,从而使有效碰撞次数增加 B.对于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 C.改变条件能使化学反应速率增大的主要原因是增大了反应物分子中活化分子的有效碰撞概率 D.对于本来不能发生的化学反应,改变条件可以使反应发生 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 增大反应物浓度、增大有气体参加的反应体系的压强都会使单位体积内活化分子数增加,但活化分子的百分数并未改变,A、B错误;改变条件使化学反应速率增大,主要靠增加活化分子的百分数或增加单位体积内活化分子的总数,从而增加有效碰撞次数,C正确;对于本来不能发生的化学反应,即使改变条件,化学反应也不能发生,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 6.某温度下,在体积一定的密闭容器中进行如下反应: 2X(g)+Y(g)⥫⥬Z(g)+W(s)　ΔH>0,下列叙述中正确的是(　　) A.恒温,将容器的体积压缩,可增加单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞概率提高 B.加入少量W,逆反应速率增大 C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小 D.在容器中加入氩气,反应速率不变 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 恒温,将容器的体积压缩,相当于增大压强,可增加单位体积内活化分子数,但不增加单位体积内活化分子的百分数,A错误;W为固体,加入少量W,逆反应速率不变,B错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,C错误;在容器中加入氩气,参加反应的气体的浓度不变,则反应速率不变,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A.该反应的逆反应为放热反应,升高温度可提高活化分子的百分数 B.ΔH=E1-E2,使用催化剂改变活化能,但不改变反应热 C.该反应中,反应物的总键能大于生成物的总键能 D.500 ℃、101 kPa下,将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g),放热a kJ,其热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 根据题图中信息可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应的正反应为放热反应,则逆反应为吸热反应,A错误;根据反应的焓变等于正反应的活化能-逆反应的活化能得ΔH=E1-E2,使用催化剂改变活化能,但不改变反应热,B正确;该反应中,反应物的总键能小于生成物的总键能,C错误;该反应是可逆反应,不可能进行完全,将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g),生成的SO3(g)少于1 mol,放热a kJ,则 500 ℃、101 kPa下,将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热a kJ,其热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH<-2a kJ·mol-1,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 8.对于反应2NO+2H2⥫⥬N2+2H2O,科学家根据光谱研究提出如下反应历程: 第一步:2NO⥫⥬N2O2　快反应 第二步:N2O2+H2―→N2O+H2O　慢反应 第三步:N2O+H2―→N2+H2O　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.该反应的速率由第一步反应决定 B.反应的中间产物有N2O2、N2O C.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ΔH<0,则升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 总反应的速率由慢反应决定,所以该反应的速率由第二步反应决定,故A错误;NO、H2是反应物,反应的中间产物有N2O2、N2O,故B正确;只有少数分子的碰撞能发生化学反应,能引发化学反应的碰撞称为有效碰撞,第三步反应中N2O与H2的每一次碰撞不都是有效碰撞,故C错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 9.(双选)(2023·山东淄博高二检测)图(a)、图(b)表示反应NO(g)+O3(g) ―→NO2(g)+O2(g)的相关反应机理及能量与反应历程的关系。下列相关说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A.由图(a)可确定①、②为无效碰撞,③为有效碰撞 B.由图(a)可知,该反应正方向是自发进行的可逆反应 C.该反应的逆反应的活化能为191.2 kJ/mol D.该反应的热化学方程式为NO(g)+O3(g) ===NO2(g)+O2(g)　ΔH=-200.8 kJ/mol 答案:AD 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 由图(a)可知,①②碰撞后未发生反应是因为分子间碰撞角度不合适,没有新物质生成,碰撞无效,③碰撞后生成了新分子,即发生了化学反应,碰撞有效,A正确;该反应为氧化还原反应,不是可逆反应,B错误;由图(b)可知,该反应的逆反应的活化能为(200.8+9.6) kJ/mol=210.4 kJ/mol,C错误;由图(b)可知,该反应的热化学方程式为NO(g)+O3(g) ===NO2(g)+O2(g)　 ΔH=-200.8 kJ/mol,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 综合强化 10.图Ⅰ、Ⅱ依次表示在酶浓度一定时,反应速率与反应物浓度、温度的关系。请据图回答下列问题: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (1)图Ⅰ中,反应物达到某一浓度时,反应速率不再上升,其原因是 　 。  (1)由图Ⅰ分析,反应物浓度增大到一定限度,反应速率不再上升,说明决定化学反应速率的主要因素是酶的浓度。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 酶的浓度一定 11 (2)图Ⅱ中,催化效率最高的温度为　　　　　(填“A”或“B”)点所对应的温度。  (2)由图Ⅱ分析,A点的反应速率最快,催化效率最高。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 (3)图Ⅱ中,A点到B点曲线急剧下降,其原因是　 。  (3)A点到B点曲线急剧下降是由于温度过高,酶的活性急速下降。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 温度过高,酶的活性下降 11 (4)将装有酶和足量反应物的甲、乙两试管分别放入12 ℃和75 ℃的水浴锅内,20 min后取出,转入25 ℃的水浴锅中保温,试管中反应速率加快的为 　　　　　(填“甲”或“乙”)。  (4)由图Ⅱ可知,0~25 ℃范围内,温度越高,反应速率越快,所以甲试管转入25 ℃的水浴锅中保温时反应速率加快;乙试管在75 ℃的水浴锅中加热时,酶已经失活,故乙试管中无催化反应发生。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 甲 11 11.二氧化碳加氢可制汽油,转化过程如图1: (1)写出反应①的化学方程式: 　 。   2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 CO2(g)+H2(g)⥫⥬CO(g)+H2O(g) 11 (1)通过图示可知,反应①为二氧化碳与氢气反应生成一氧化碳和水,化学方程式为CO2(g)+H2(g)⥫⥬CO(g)+H2O(g)。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)一定温度下,向2 L的密闭容器中加入一定量的H2、CO2气体发生反应①,产物均为气态。反应过程中CO2气体和CO气体的物质的量与时间的关系如图2所示。回答下列问题: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 ①t1 min时,正、逆反应速率的大小关系为v正　　(填“>”“<”或“=”)v逆。  ②4 min内,CO2的平均反应速率为 。  ③能加快反应速率的措施有______________________________________ (任写两条)。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 > 0.05 mol·L-1·min-1 升高温度、增大压强、增大反应物浓度等 11 (2)①t1 min时,反应正向进行,则v正>v逆;②4 min内, v(CO2)===0.05 mol·L-1·min-1。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)以H2O、CaBr2、Fe3O4为原料进行气固相反应可以实现水的分解制得氢气,其反应原理如图3所示。该反应过程中可以循环利用的物质有 　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 CaBr2、Fe3O4 11 (3)根据图3可知,高温下,水先与溴化钙反应生成氧化钙和溴化氢,然后溴化氢与四氧化三铁反应生成溴化亚铁和溴,溴再与氧化钙反应生成溴化钙和氧气,水与溴化亚铁反应生成氢气、四氧化三铁和溴化氢,催化剂得以再生,即该反应过程中可以循环利用的物质有CaBr2、Fe3O4。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 $$