第2章 第1节 第3课时 活化能 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第3课时　活化能 [学习目标] 1．知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。2.通过有效碰撞理论，理解影响化学反应速率的因素，培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。 知识点一　活化能和简单碰撞理论 1．基元反应和反应机理 (1)基元反应 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。反应物分子在碰撞过程中相互作用直接转化为生成物分子的反应叫基元反应。 (2)反应机理 基元反应反映化学反应的反应历程。反应历程又称反应__机理__。 2．简单碰撞理论 (1)有效碰撞 (2)活化能和活化分子 ①活化分子：能够发生__有效碰撞__的分子。 ②活化能：活化分子具有的__平均能量__与反应物分子具有的__平均能量__之差。 (3)反应物、生成物的能量与活化能的关系 H＋与OH－的反应，Ag＋与Cl－的反应以及高空大气层内自由原子之间的反应都是瞬间完成的。原因是什么？该事实证明了什么？ 提示　因为反应之前反应物已经成为自由的离子或原子，不再需要破坏或减弱化学键以启动化学反应的活化能；该事实证明了有效碰撞理论的合理性。 1．一个反应的反应机理分为几步，如A―→C的反应机理为A―→B慢反应，B―→C快反应，则： (1)总反应的快慢取决于慢反应； (2)慢反应的活化能大，快反应的活化能小。 2．反应的反应热ΔH与活化能的关系：|ΔH|＝|E1－E2|。 1．(2023·济南期中)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．该反应为吸热反应 B．该反应历程共分4步进行 C．第3步的正反应活化能最小 D．第二步反应的ΔH2小于第三步反应的ΔH3 解析　D　该反应物的总能量小于生成物的总能量，故为吸热反应，A正确；该反应4个H原子逐步失去，故共分4步进行，B正确；第3步的正反应活化能最小，C正确；由图像可知，第二步反应的ΔH2大于0，第三步反应的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D错误。 2．(2023·邯郸检测)反应A2(g)＋2BC(g)===2BA(g)＋C2(g)过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　) A．E1不等于拆开1 mol A2(g)中化学键和2 mol BC(g)中化学键所需能量之和 B．该反应的热效应ΔH＝E1－E2 C．使用催化剂，该反应ΔH不变 D．若改变某条件时化学反应速率加快，则E1一定减小 解析　D　由题图可知，最高能量状态时得到活化配合物，并没有生成气态A、B、C原子，未彻底断裂反应物中的化学键，则E1不等于拆开1 mol A2(g)中化学键和2 mol BC(g)中化学键所需能量之和，故A正确；E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，焓变等于正逆反应的活化能之差，则热效应ΔH＝E1－E2，故B正确；催化剂改变反应的历程，可同时降低正逆反应的活化能，但二者差值不变，不影响焓变大小，故C正确；若改变反应物的浓度、反应体系的压强时，反应速率加快，则E1不变，使用催化剂时E1减小，故D错误。 3．依据图示判断，下列说法不正确的是(　　) A．图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能 B．图乙中HI分子发生了有效碰撞 C．盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能很小 D．图甲所示反应：ΔH＜0 解析　B　催化剂可降低反应的活化能，由题图可知，曲线Ⅱ的活化能较低，可以表示催化剂降低了反应的活化能，故A正确；只有发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，由图乙可知，碰撞后没有生成新分子，即没有发生化学反应，HI分子没有发生有效碰撞，故B错误；酸和碱反应不需要外界做功的条件下就能发生，说明它们已经处于活跃状态，活化能很小，故C正确；反应物总能量大于生成物的总能量，反应放热，故D正确。 知识点二　有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的微观解释 1．浓度 反应物浓度增大→单位体积内活化分子数__增多__→单位时间内有效碰撞的次数__增加__→化学反应速率__增大__；反之，化学反应速率__减小__。 2．压强 增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数__增多__→单位时间内有效碰撞的次数__增加__→化学反应速率__增大__；反之，化学反应速率__减小__。 压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。 3．温度 升高温度，反应物分子的能量__增加__→使一部分原来能量较低的分子变成__活化分子__→活化分子的百分数__增大__→单位时间内有效碰撞的次数__增加__→化学反应速率__增大__；反之，化学反应速率__减小__。 4．催化剂 使用催化剂→改变了反应历程(如下图)，反应的活化能__降低__→更多的反应物分子成为__活化分子__→活化分子的百分数__增大__→单位时间内有效碰撞的次数__增加__→化学反应速率__增大__。 已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下： ①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)　快 ②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是________(填序号)。 (1)NOBr2(g)是该反应的催化剂。 (2)该反应的速率主要取决于②的快慢。 (3)正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1。 (4)增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率。 提示　(2)(3) 外界条件改变与活化分子、有效碰撞及反应速率的关系 1．在体积可变的容器中发生反应N2＋3H22NH3，当增大压强使容器体积缩小时，化学反应速率加快，其主要原因是(　　) A．分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多 B．反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 C．活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多 D．分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞 解析　C　由于温度不变，因此分子运动速率不变，A错误；由于温度不变，因此反应物分子的能量不变，B错误；增大压强使容器体积缩小时，单位体积内反应物浓度增大，单位体积内活化分子间的碰撞不一定都是有效碰撞，只有取向合适才能发生反应，才是有效碰撞，D错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．增大反应物浓度可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增多 B．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．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数 D．催化剂不影响反应的活化能，但能增大单位体积内活化分子的百分数，从而增大反应速率 解析　C　增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，而活化分子的百分数没有发生变化，A错误；在有气体参加的化学反应中，通过缩小反应容器的体积来增大压强，可使气体反应物的浓度增大，但活化分子的百分数没有发生变化，B错误；催化剂降低了反应的活化能，从而增大了单位体积内活化分子的百分数，D错误。 3．(2023·黑龙江实验中学高二期中)下列关于化学反应速率的说法正确的是(　　) A．升高温度可降低化学反应的活化能，提高活化分子百分数，加快化学反应速率 B．反应物浓度增大，单位体积活化分子数增多，有效碰撞的几率增加，反应速率增大 C．在相同温度下，两个相同的容器中分别充入相同物质的量的F2和Cl2，让它们与等量的氢气反应，反应速率相同 D．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的容积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率加快 解析　B　升高温度使分子的内能增加，提高了活化分子百分数，可加快化学反应速率，但不能降低化学反应的活化能，A不正确；反应物浓度增大，单位体积活化分子数增多，有效碰撞的几率增加，故反应速率增大，B正确；由于F2和Cl2的氧化性不同，氧化性强的化学反应速率快，C不正确；有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的容积)，可增加单位体积内活化分子的数目，从而使反应速率加快，但活化分子的百分数不变，D不正确。 1. 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．只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞 D．活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞 解析　C　物质发生化学反应，分子间必须发生有效碰撞，普通分子间不能发生有效碰撞，A正确，C错误；发生有效碰撞才能发生化学反应，发生化学反应必定发生了有效碰撞，B正确；活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞，D正确。 2．(2022·葫芦岛期末)下列说法正确的是(　　) A．活化能接近于零的反应，当反应物相互接触时，反应瞬间完成 B．温度和压强都是通过增大活化分子百分数来加快化学反应速率 C．人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，把活化分子具有的能量叫活化能 D．活化能的大小不仅意味着一般分子成为活化分子的难易，也会对化学反应前后的能量变化产生影响 解析　A　压强不能改变活化分子百分数，增大压强是通过增大单位体积内活化分子数来加快化学反应速率的，B错误；能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞，能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差叫做反应的活化能，C错误；化学反应前后的能量变化取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小，与活化能无关，D错误。 3．升高温度时，化学反应速率加快，主要原因是(　　) A．该化学反应的过程是吸热的 B．反应物分子能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 C．该化学反应的过程是放热的 D．分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多 解析　B　升高温度时，反应物分子吸收能量，能量增加，会使活化分子的百分含量增加，单位体积内活化分子数增加，有效碰撞的次数增加，导致反应速率增大，而与反应过程是吸热还是放热无关，故B正确。 4．(2023·宁波期中)NO催化O3分解的反应机理如下： 第一步：O3(g)＋NO(g)―→O2(g)＋NO2(g) 第二步：NO2(g)―→O(g)＋NO(g) 第三步：________ 总反应：2O3(g)―→3O2(g) 其能量与反应历程的关系如图所示。下列叙述不正确的是(　　) A．第一步基元反应是该反应的决速步骤 B．第二步反应断裂的化学键只有共价键 C．第三步反应的反应机理为：O(g)＋O3(g)―→2O2(g) D．催化剂NO改变了总反应的反应历程和焓变 解析　D　根据图示可知第一步反应的活化能最大，反应速率最慢，对整个化学反应的反应速率起决定作用，A正确；第二步反应中断裂NO2中的共价键，形成O和NO中的共价键，因此只有共价键的断裂，B正确；根据盖斯定律，将总反应方程式减去第一步、第二步反应方程式可得第三步反应的反应机理为：O(g)＋O3(g)―→2O2(g)，C正确；催化剂NO改变了总反应的反应历程，但不能改变总反应的焓变，D错误。 5．甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。 回答下列问题： (1)该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正＝__________ eV，该步骤的反应方程式为_____________________________________________________________。 (2)该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)反应的活化能越大，反应速率越慢，化学反应速率取决于最慢的一步，由题图可知，HCOOH*转化为HCOO*和H*的反应的活化能最大，反应速率最慢，则该历程中决定正反应速率步骤的反应方程式为HCOOH*===HCOO*＋H*，能垒(活化能)E正＝0.77 eV－(－0.21)eV＝0.98 eV。(2)由题图可知，甲酸分解生成二氧化碳和氢气的反应为放热反应，反应热ΔH＝－0.15NA eV·mol－1，则反应的热化学方程式为HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1。 答案　(1)0.98　HCOOH*===HCOO*＋H* (2)HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1 学科网（北京）股份有限公司 $$