第4讲 活化能及有效碰撞理论-【暑假弯道超车】2025年新高二化学暑假提升精品讲义（人教版2019选择性必修1）

第4讲 活化能及有效碰撞理论 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1.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。 2.了解活化能、活化分子的含义及其对化学反应速率的影响。 3.掌握有效碰撞理论，利用有效碰撞理论解释化学反应 4.理解催化机理，掌握过渡态理论，催化剂在工业生产中的应用。 燃烧反应往往伴随着剧烈的反应现象，而食物的腐烂、动植物的呼吸作用、金属的生锈等反应往往不是一时半会就可以观察到现象。这是为什么？反应的机理又是什么？ 知识点1：有效碰撞理论与活化能 1.基元反应 大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。例如，2HI === H2+I2实际上是经过下列两步反应完成的： 2HI→H₂+2I· 2I·→I₂ 每一步反应都称为 。这两个先后进行的基元反应反映了2HI === H2+I2的反应 (又称 )。 从反应机理角度对化学变化的分类 (1)由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由反应最 的一步基元反应决定。 (2)I·、H·、·OH和O·等存在未成对电子，称为 。自由基反应活性很 ，寿命极短。 2.有效碰撞 (1)有效碰撞的概念 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。化学上将能够发生化学反应的碰撞叫作 。分子间的碰撞次数都是非常巨大的，大多数的碰撞不发生化学反应，只有少数碰撞能发生化学反应。 (2)发生有效磁撞的条件 ①发生碰撞的反应物分子具有 ；②碰撞时有 。 HI分解反应中分子碰撞示意图 A中碰撞时能量不足 B中碰撞时取向不合适 C中发生有效碰撞 3.活化分子 在化学反应中，只有能量达到某一定值的分子，在碰撞以后才有可能使分子中的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫作 。 4.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叫作反应的 。如图中E1表示反应的 ，E2表示活化分子变成生成物分子放出的 ，能量差( )表示反应热。 反应的活化能越高，反应物分子进行有效碰撞就越不容易，该反应的速率就越 。对于多步基元反应，其反应速率取决于活化能最 的基元反应。 活化分子的碰撞取向与化学反应 分子的有效碰撞，要求分子除了有较高的能量以外，还要有合适的碰撞取向。从能量方面来看，活化分子具备发生有效碰撞的条件。从碰撞取向方面来看，若活化分子碰撞取向合适，就能发生化学反应；若活化分子碰撞取向不合适，则不能发生化学反应。上述关系可表示为 5.化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系 (1)在一定条件下，反应物中活化分子百分数是不变的。活化分子百分数越大，单位体积内活化分子数越 ，单位时间内有效碰撞次数越 ，化学反应速率越 。 (2)对于一个化学反应，降低活化能，活化分子百分数 ，有效碰撞次数 ，化学反应速率 。 活化分子的特点 ①活化分子具有较高的能量，能量较低的分子获取能量后才能变成活化分子。 ②对某一个反应来说，活化分子百分数===×100%。 ③活化分子数改变，反应速率 改变；但活化分子百分数(或单位体积内活化分子数)改变，反应速率 改变。 知识点2：运用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的因素 外界因素 增大反应物浓度 增大体系压强(减小容器容积，有气体参与反应) 升高体系温度 使用催化剂 反应活化能 分子总数 活化分子总数 活化分子百分数 单位体积内活化分子数 有效碰撞次数 化学反应速率 浓度对反应速率的影响 反应物浓度增大,单位体积内反应物分子总数增多,单位体积内活化分子数增多。浓度改变引起了活化分子浓度的改变,而活化分子百分数不变。 压强对反应速率的影响 增大压强，单位体积内活化分子数增多 温度对反应速率的影响 升高温度，活化分子百分数增大，单位体积内活化分子数增多 (1)增大反应物浓度或增大体系压强并没有改变单个分子的 ，因此活化分子百分数 。 (2)升高体系温度 了单个分子的能量，使更多的分子成为 ，从而提高了活化分子百分数。 (3)使用催化剂虽然不能改变单个分子的能量，但是通过改变反应途径，降低了 ，使更多的分子成为 ，从而提高了活化分子百分数。 知识点3：催化机理及催化剂的应用 1.过渡态理论 过渡态理论认为：化学反应不只是通过反应物分子之间简单碰撞就能完成的，而是在碰撞后要先经过一个中间的 ，即首先形成一种活性集团(活化络合物)。 活化络合物不稳定，或是恢复为 物，或是变成 物。 2.催化机理 (1)催化反应的一般过程 ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。 催化反应的一般过程 以烯烃的加氢反应为例，可简化表示为 (2)催化作用的机理 催化剂 化学反应，生成 ，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。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。 辨析过渡态、中间产物、催化剂 a.过渡态是不稳定的，无法分离出来。此时旧的化学键未完全断裂，新的化学键未完全形成，具有很高的能量。反应历程能量图中，“ ”的位置一般代表过渡态。 b.中间产物是反应过程中确实生成的物质，可以分离出来。中间产物在反应过程中，是前一个反应的生成物，也是下一个反应的反应物，即“先生成，后消耗”。反应历程能量图中，“ ”的位置一般代表中间产物。 c.催化剂在反应中“先消耗，后生成”。反应前后，形态、质量等不发生变化。 如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea,加入催化剂K后，反应分两步进行： ①A+K→AK活化能为Ea1 ②AK+B→AB+K活化能为Ea2 如图所示，Ea1>Ea2,故第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”。 3.催化剂的应用 (1)工业生产 在现代化学工业中，催化剂的应用十分普遍。就近年来化学工业生产与技术的发展趋势而言，催化剂往往成为技术改造和更新的关键。催化剂的研究一直是高科技领域的重要内容。 工业上应用催化剂的目的 (1)在实际的工业生产中，大多数反应物未来得及转化就流出反应器，所以实际转化率总比平衡时的转化率低。利用催化剂提高反应速率，可以提高单位时间内的产量，一定程度上也提高了实际 。 (2)催化剂一般具有较高的选择性，可以选择性地催化工业生产所需的 ，大大减少副反应的发生和副产物的生成。 (2)生命现象 绿色植物的光合作用，动物体内蛋白质的分解等，都是在酶的催化下进行的。 误区1 催化剂不参加化学反应 催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，其质量和化学性质不变 误区2 一个反应只有一种催化剂 一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高、对环境污染小、成本低的催化剂 误区3 催化剂都加快化学反应速率 催化剂有正催化剂与负催化剂之分，正催化剂加快化学反应速率，负催化剂减慢化学反应速率 误区4 催化剂的效率与催化剂的量无关 催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的表面积、浓度大小必然影响化学反应速率 重点1：化学反应速率方程与反应速率常数 1.化学反应速率方程 对于基元反应而言，一定温度下，化学反应速率通常与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。 即对于基元反应：aA+bB===cC+dD,有v = kca(A)·cb(B)。k为反应速率常数。 但若反应为复杂反应，则反应物浓度的指数通常为实验测定值，与化学方程式中的化学计量数没有必然关系，二者不一定相等。 如：①SO₂Cl₂SO₂+Cl₂ v = k₁c(SO₂Cl₂) ②2NO₂2NO+O₂ v = k₂c²(NO₂) ③H₂+Cl₂2HCl v = k3c(H₂)·(Cl₂) ①固体或纯液体的浓度视为常数，不能在反应速率方程中出现。 ②在反应速率方程中，气体反应物的浓度可以用分压代替。 2.阿伦尼乌斯公式 反应速率常数k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素影响。 1889年，阿伦尼乌斯在总结了大量实验结果的基础上，提出了反应速率常数与温度之间的经验公式： 其中，k为反应速率常数；A为指前因子；e为自然对数的底；R为摩尔气体常数；Ea为活化能，单位为J·mol-1或kJ·mol-1。 由该公式可知，Ea值越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大。 考点一 基元反应 【典例1】亚硫酸钠溶液中加入过量的碘酸钾酸性溶液，反应的化学方程式为(未配平)：。该反应过程和机理较复杂，一般认为分为以下几步： ①(慢) ②(快) ③(快) ④(快) ⑤(快) 下列推测错误的是 A．若预先加入淀粉溶液，由题述看，必须在离子消耗完时，蓝色现象才会产生 B．此反应的总的反应速率由第①步反应决定 C．此反应的总的反应速率由第⑤步反应决定 D．若反应中有5mol电子转移，则生成的物质的量是0.5mol 【变式1-1】已知反应2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－752 kJ·mol－1的反应机理如下： ①2NO(g)N2O2(g)(快) ②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g)(慢) ③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g)(快) 下列有关说法错误的是(　　) A．②反应的活化能最大 B．②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效 C．N2O2和N2O是该反应的催化剂 D．总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 【变式1-2】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(　　) A．该反应的速率主要取决于①的快慢 B．NOBr2是该反应的催化剂 C．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 【变式1-3】(1)已知2HI⇌H2＋I2经过两步完成， 第1步：…… 第2步：2I·→I2 写出第1步基元反应： 。 (2)已知氧气氧化溴化氢气体的反应历程： a．HBr＋O2→HOOBr b．HOOBr＋HBr→2HOBr c．HOBr＋HBr→H2O＋Br2 该反应过程中的中间体有 。 写出O2氧化HBr的总反应 。 （3）科学家提出了以乙苯为原料制备苯乙烯的机理，如下图所示。(Ph-代表苯基，*代表吸附态) 虚线框内，化学反应速率最小的一步活化能的值为 。 考点二 应用有效碰撞理论、活化能分析化学反应 【典例2】下列说法正确的是(　　) ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应　②非活化分子间的碰撞能发生化学反应　 ③活化分子的能量比非活化分子的能量高　④化学反应的实质是原子的重新组合 ⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成 ⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 A．①③④⑤ B．①②③⑥ C．③④⑤⑥ D．②③④⑤ 【变式2-1】下列说法中正确的说法有几个 ①活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应 ②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应 ③增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子数，从而使有效碰撞次数增多 ④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)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大 ⑤不能用固体或纯液体的变化量来表示反应快慢 ⑥催化剂能增大活化分子百分数，从而增大化学反应速率 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 【变式2-2】一定条件下，密闭容器中发生反应M(g)N(g)，反应过程中的能量变化如图中曲线Ⅰ所示。下列说法错误的是(　　) A．该反应中正反应的活化能为(E3－E2) kJ·mol－1 B．该反应的反应热为(E1－E2) kJ·mol－1 C．曲线Ⅱ表示其他条件不变，升高温度时的能量变化 D．曲线Ⅲ表示其他条件不变，加入催化剂时的能量变化 【变式2-3】N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应原理为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法不正确的是(　　) A．ΔH＝ΔH1＋ΔH2 B．ΔH＝－226 kJ·mol－1 C．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D．为了实现转化，需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O 考点三 催化反应机理的物质变化和能量变化 【典例3】反应过程中能量变化如图所示（图中表示正反应的活化能，表示逆反应的活化能）。下列有关叙述错误的是 A．该反应为吸热反应 B．升高温度，活化分子百分数增大 C．使用催化剂，该反应的不变 D．该反应的 【变式3-1】工厂的氨氯废水可用电化学催化氧化法加以处理，其中在电极表面的氧化过程的微观示意图如图： 下列说法中，不正确的是 A．过程④中有极性键形成 B．催化剂可以降低该反应的活化能 C．过程①②均有键断裂，键断裂时需要吸收能量 D．该催化氧化法的总反应为： 【变式3-2】向中加入少量溶液，的分解机理及其反应过程的能量变化如下。 ① ② 下列有关说法正确的是 A．是该反应的催化剂 B．反应①②均为放热 C．反应①比反应②活化能大 D．加入少量溶液后，分解过程的最大能垒为 【变式3-3】大气中的臭氧层能有效阻挡紫外线，已知反应：，在有Cl·存在时(Cl·对反应有催化作用)的反应机理为：基元反应①：，基元反应②：，反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．b表示存在Cl·时反应过程的能量变化 B．Cl·是反应的催化剂，改变了反应历程，不改变反应过程的大小 C．决定反应速率的是基元反应① D．增大压强和加入催化剂都能增大活化分子百分数 1．下列说法中正确的是 A．活化分子之间发生的碰撞一定是有效碰撞 B．的反应一定是能自发进行的反应 C．催化剂能降低反应的活化能，因而提高可逆反应的速率和产率 D．升高温度，使活化分子的百分数增大，因而增大化学反应速率 2．298.15K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线如图所示，下列说法正确的是（　　） A．合成氨反应的热化学方程式为N2+3H2＝2NH3△H＝﹣92kJ/mol B．在图中曲线a表示加入催化剂时的能量变化曲线 C．升高反应温度，活化分子数增多 D．催化活性很强的新型催化剂可以提高N2的转化率 3．下列说法正确的是 A．其他条件不变时，反应物浓度增大，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 B．其他条件不变时，温度升高，活化分子数目增多，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 C．其他条件不变时，增大压强，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 D．其他条件不变时，使用催化剂，反应的活化能降低，活化分子百分数减小，化学反应速率增大 4．过氧化氢在酸性环境中可氧化Br-，该过程由下列基元反应构成： ①H++H2O2→H3O    (快) ②H3O+Br-→H2O+HOBr    (快)活化能      Ea3 ③HOBr+H++Br-→H2O+Br2    (慢)活化能     Ea4 下列说法错误的是 A．Ea3＜Ea4 B．H+为该反应的催化剂 C．整个反应的速率由反应③决定 D．总反应为：H2O2+2H++2Br-=2H2O+Br2 5．碰撞理论是我们理解化学反应速率的重要工具，下图为HI分解反应中分子碰撞示意图。 下面说法正确的是 A．图1中分子取向合适，发生有效碰撞 B．活化分子具有的能量与反应物分子具有的能量之差，是反应的活化能 C．用光辐照的方法，也可以增大活化分子数目，加快反应速率 D．由图知，是基元反应 6．以废旧铅酸蓄电池中的含铅废料和H2SO4为原料，通过不同过程a、b实现铅的再生利用。过程b涉及如下两个反应： ① ② 各过程的能量变化如图。 下列说法不正确的是 A．过程a的反应为： B．与过程a相比，过程b增大了单位体积内活化分子的数目 C．过程b中，①反应速率比②慢 D．过程b使用了催化剂，通过减小反应热来提升反应速率 7．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。活化氧可以快速氧化，并释放出炭黑。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。下列说法正确的是 A．每活化一个氧分子吸收0.29eV能量 B．有水或无水对生成活化氧的反应速率无影响 C．氧分子的活化是的断裂与的生成过程 D．炭黑颗粒是大气中转化为的催化剂 8．我国科学家发现了一种新型的电化学还原催化剂——二维锑片。酸性条件下人工固碳装置中气体在表面发生三种催化竞争反应，其反应历程如下图所示(*表示吸附态中间体)。 下列说法不正确的是 A．三种催化反应均为氧化还原反应 B．生成时吸收的能量最多 C．该催化剂对生成的催化效果最好 D．表面生成的反应为 9．在碳中和背景下，氢能是新能源领域中与油气行业现有业务结合最紧密的一类，而制氢成本过高，仍是目前氢能产业发展的挑战之一，甲烷水蒸气重整制氢是目前工业制氢最为成熟的方法，涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ CH4(g) +H2O(g) CO(g) +3H2(g)    ΔH1>0 反应Ⅱ CH4(g) +2H2O(g) CO2(g) +4H2(g)     ΔH2>0 反应ⅢCO(g) +H2O(g) CO2(g) +H2(g)    ΔH3 已知部分化学键的键能数据如下表： 化学键 O-H H-H C=O C≡O( CO) 键能/(kJ·mol -1) 463 436 803 1075 则ΔH3= ，若反应Ⅲ的正反应活化能Ea(正) =83 kJ· mol-1，则逆反应活化能Ea(逆)= kJ·mol-1。 【答案】 -41kJ/mol 124 【详解】由ΔH=反应物总键能-生成物总键能，ΔH3=1075kJ/mol+2×463kJ/mol-(2×803kJ/mol+436kJ/mol)=-41kJ/mol；根据ΔH= Ea(正)- Ea(逆)，则Ea(逆)= Ea(正)- ΔH3=83kJ/mol-(-41kJ/mol)=124 kJ·mol-1； 10．氮是重要的短周期元素之一，研究含氮化合物有重要意义。 回答下列问题： (1)可用活性炭还原处理NO，相关反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)。 已知 ①N2(g)+O2(g)=2NO(g)  ΔH1=akJ·mol-1；        ②C(s)的燃烧热为ΔH2=bkJ·mol-1。 反应C(s)+2NO(g) ⇌N2(g)+CO2(g)的ΔH= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。 (2)在5L密闭容器内，800℃时发生反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)，n(NO)随时间变化如下表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.20 0.10 0.08 0.07 0.07 0.07 ①0～2s内，用O2表示该反应的反应速率为 mol·L-1·s-1。 ②下列措施能够使该反应的反应速率加快的是 (填字母)。 a.降低温度　　 b.使用合适的催化剂　　 c.减小容器容积 (3)以NH3、CO2为原料生产尿素[CONH2)2]的反应历程与能量变化示意图如图。 ①第二步反应的△H 0(填“>”、“<”或“=”)。 ②从图像分析决定生产尿素的总反应的反应速率的步骤是第 步反应。 (4)在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图，写出总反应的化学方程式： 。 1．下列说法中不正确的是 A．活化分子之间发生的碰撞就是有效碰撞 B．对有气体参加的化学反应，减小容器容积，化学反应速率增大 C．升高温度，可使单位体积内反应物中活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 D．加入催化剂，若单位体积内反应物中活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 2．甲烷与氯气光照条件下的反应实际上是氯自由基()与甲烷的取代反应，其中两步反应的机理如下： 第一步：(慢反应) 第二步：(快反应) 下列反应进程示意图符合上述两步机理的是 A． B． C． D． 3．在催化剂或的作用下，产生，将氧化。产生的机理如下： 反应Ⅰ：(慢反应) 反应Ⅱ：(快反应) 下列说法不正确的是 A．反应I的活化能大于反应Ⅱ B．反应I中有极性键的断裂，反应Ⅱ中有非极性键的断裂 C．将氧化的反应是： D．与作催化剂相比，相同条件下催化的氧化效率可能更高 4．中科大曾杰教授团队在二氧化碳选择性高效制备乙酸研究获得突破，反应原理为。该反应的历程和相对能量的变化如下图所示(  指微粒吸附在催化剂表面)。 下列说法错误的是 A．整个反应历程包含3个基元反应 B．物质从催化剂表面解吸一般需要吸收能量 C．加压和升温，均可增大单位体积内活化分子百分数，从而提高化学反应速率 D．合成乙酸反应历程中速率最小的步骤是： 5．已知X转化为R和W分步进行：①    ；② 上述反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．升高温度，反应①的正反应速率变化值大于反应②的正反应速率变化值 B．更换高效催化剂，可使和减小 C．增加体系中X(g)的浓度，反应物活化分子百分数增大，有效碰撞概率增大，反应速率加快 D． 6．反应  ，经过两步基元反应完成，第一步反应热为，第二步反应为：  ，反应过程的能量变化如图所示，下列有关说法错误的是 A．第一步反应为： B．反应热的关系为： C．总能量： D．因为第一步反应为吸热反应，第二步反应为放热反应，所以第一步反应速率大于第二步 7．CO用于处理大气污染物N2O，在催化剂作用下该反应的具体过程如图1所示，反应过程中能量变化情况如图2所示。下列说法正确的是 A．总反应 CO(g)+N2O(g)=CO2(g)+N2(g)的ΔH=-361.22kJ·mol-1 B．稳定性：IM1>IM2>IM3>IM4 C．反应①和反应②均为放热反应 D．ZnO+和Zn+都是中间产物 8．Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂，脱除过程如图所示。其中，图甲和图乙表示脱除H2S时先进行的吸附步骤。下列说法不正确的是 A．Fe2O3对H2S的吸附能力：甲＞乙 B．脱除过程中H元素的化合价未发生变化 C．时间一长，催化剂的活性降低 D．催化剂失效后，在氧气中加热又转化为Fe2O3 9．丙烯与可发生加成反应①和②，其反应进程与能量如下图所示，下列判断不正确的是 A．反应速率：① < ② B．两个反应的均小于0 C．该条件下，有机产物主要为 D．选择合适催化剂能提高的选择性 10．回答下列问题 (1)和反应生成和过程中的能量变化如图所示： ①若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大， (填“增大”“减小”或“不变”)。 ②写出和CO反应的热化学方程式 。 (2)标准摩尔生成焓是指在和101kPa时，最稳定的单质生成1mol化合物的焓变。已知和101kPa时下列反应： ①； ②C(s，石墨)； ③。 写出乙烷()标准摩尔生成焓的焓变 (用含、、的式子表示)。 (3)常温常压时，直接氧化法脱硫得到硫单质的反应历程与体系能量变化如图所示(TS表示过渡态)。 ①直接氧化法脱硫反应的热化学方程式为： 。 ②上述反应历程共涉及 个基元反应。 ③其中化学反应速率最慢的步骤的活化能为 。 (4)反应在四种不同情况下的反应速率分别为： ①   ②   ③   ④ 该反应进行的快慢顺序为 (填序号)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4讲 活化能及有效碰撞理论 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1.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。 2.了解活化能、活化分子的含义及其对化学反应速率的影响。 3.掌握有效碰撞理论，利用有效碰撞理论解释化学反应 4.理解催化机理，掌握过渡态理论，催化剂在工业生产中的应用。 燃烧反应往往伴随着剧烈的反应现象，而食物的腐烂、动植物的呼吸作用、金属的生锈等反应往往不是一时半会就可以观察到现象。这是为什么？反应的机理又是什么？ 知识点1：有效碰撞理论与活化能 1.基元反应 大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。例如，2HI === H2+I2实际上是经过下列两步反应完成的： 2HI→H₂+2I· 2I·→I₂ 每一步反应都称为基元反应。这两个先后进行的基元反应反映了2HI === H2+I2的反应历程(又称反应机理)。 从反应机理角度对化学变化的分类 (1)由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由反应最慢的一步基元反应决定。 (2)I·、H·、·OH和O·等存在未成对电子，称为自由基。自由基反应活性很强，寿命极短。 2.有效碰撞 (1)有效碰撞的概念 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。化学上将能够发生化学反应的碰撞叫作有效碰撞。分子间的碰撞次数都是非常巨大的，大多数的碰撞不发生化学反应，只有少数碰撞能发生化学反应。 (2)发生有效磁撞的条件 ①发生碰撞的反应物分子具有一定的能量；②碰撞时有合适的取向。 HI分解反应中分子碰撞示意图 A中碰撞时能量不足 B中碰撞时取向不合适 C中发生有效碰撞 3.活化分子 在化学反应中，只有能量达到某一定值的分子，在碰撞以后才有可能使分子中的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫作活化分子。 4.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叫作反应的活化能。如图中E1表示反应的活化能，E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量，能量差(E1-E2)表示反应热。 反应的活化能越高，反应物分子进行有效碰撞就越不容易，该反应的速率就越慢。对于多步基元反应，其反应速率取决于活化能最高的基元反应。 活化分子的碰撞取向与化学反应 分子的有效碰撞，要求分子除了有较高的能量以外，还要有合适的碰撞取向。从能量方面来看，活化分子具备发生有效碰撞的条件。从碰撞取向方面来看，若活化分子碰撞取向合适，就能发生化学反应；若活化分子碰撞取向不合适，则不能发生化学反应。上述关系可表示为 5.化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系 (1)在一定条件下，反应物中活化分子百分数是不变的。活化分子百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞次数越多，化学反应速率越快。 (2)对于一个化学反应，降低活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，化学反应速率加快。 活化分子的特点 ①活化分子具有较高的能量，能量较低的分子获取能量后才能变成活化分子。 ②对某一个反应来说，活化分子百分数===×100%。 ③活化分子数改变，反应速率不一定改变；但活化分子百分数(或单位体积内活化分子数)改变，反应速率一定改变。 知识点2：运用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的因素 外界因素 增大反应物浓度 增大体系压强(减小容器容积，有气体参与反应) 升高体系温度 使用催化剂 反应活化能 不变 不变 不变 降低 分子总数 增多 不变 不变 不变 活化分子总数 增多 不变 增多 增多 活化分子百分数 不变 不变 增多 增多 单位体积内活化分子数 增多 增多 增多 增多 有效碰撞次数 增多 增多 增多 增多 化学反应速率 加快 加快 加快 加快 浓度对反应速率的影响 反应物浓度增大,单位体积内反应物分子总数增多,单位体积内活化分子数增多。浓度改变引起了活化分子浓度的改变,而活化分子百分数不变。 压强对反应速率的影响 增大压强，单位体积内活化分子数增多 温度对反应速率的影响 升高温度，活化分子百分数增大，单位体积内活化分子数增多 (1)增大反应物浓度或增大体系压强并没有改变单个分子的能量，因此活化分子百分数不变。 (2)升高体系温度增加了单个分子的能量，使更多的分子成为活化分子，从而提高了活化分子百分数。 (3)使用催化剂虽然不能改变单个分子的能量，但是通过改变反应途径，降低了活化能，使更多的分子成为活化分子，从而提高了活化分子百分数。 知识点3：催化机理及催化剂的应用 1.过渡态理论 过渡态理论认为：化学反应不只是通过反应物分子之间简单碰撞就能完成的，而是在碰撞后要先经过一个中间的过渡状态，即首先形成一种活性集团(活化络合物)。 活化络合物不稳定，或是恢复为反应物，或是变成产物。 2.催化机理 (1)催化反应的一般过程 ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。 催化反应的一般过程 以烯烃的加氢反应为例，可简化表示为 (2)催化作用的机理 催化剂参与化学反应，生成中间产物，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。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。 辨析过渡态、中间产物、催化剂 a.过渡态是不稳定的，无法分离出来。此时旧的化学键未完全断裂，新的化学键未完全形成，具有很高的能量。反应历程能量图中，“山峰”的位置一般代表过渡态。 b.中间产物是反应过程中确实生成的物质，可以分离出来。中间产物在反应过程中，是前一个反应的生成物，也是下一个反应的反应物，即“先生成，后消耗”。反应历程能量图中，“山谷”的位置一般代表中间产物。 c.催化剂在反应中“先消耗，后生成”。反应前后，形态、质量等不发生变化。 如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea,加入催化剂K后，反应分两步进行： ①A+K→AK活化能为Ea1 ②AK+B→AB+K活化能为Ea2 如图所示，Ea1>Ea2,故第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”。 3.催化剂的应用 (1)工业生产 在现代化学工业中，催化剂的应用十分普遍。就近年来化学工业生产与技术的发展趋势而言，催化剂往往成为技术改造和更新的关键。催化剂的研究一直是高科技领域的重要内容。 工业上应用催化剂的目的 (1)在实际的工业生产中，大多数反应物未来得及转化就流出反应器，所以实际转化率总比平衡时的转化率低。利用催化剂提高反应速率，可以提高单位时间内的产量，一定程度上也提高了实际产率。 (2)催化剂一般具有较高的选择性，可以选择性地催化工业生产所需的主反应，大大减少副反应的发生和副产物的生成。 (2)生命现象 绿色植物的光合作用，动物体内蛋白质的分解等，都是在酶的催化下进行的。 误区1 催化剂不参加化学反应 催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，其质量和化学性质不变 误区2 一个反应只有一种催化剂 一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高、对环境污染小、成本低的催化剂 误区3 催化剂都加快化学反应速率 催化剂有正催化剂与负催化剂之分，正催化剂加快化学反应速率，负催化剂减慢化学反应速率 误区4 催化剂的效率与催化剂的量无关 催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的表面积、浓度大小必然影响化学反应速率 重点1：化学反应速率方程与反应速率常数 1.化学反应速率方程 对于基元反应而言，一定温度下，化学反应速率通常与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。 即对于基元反应：aA+bB===cC+dD,有v = kca(A)·cb(B)。k为反应速率常数。 但若反应为复杂反应，则反应物浓度的指数通常为实验测定值，与化学方程式中的化学计量数没有必然关系，二者不一定相等。 如：①SO₂Cl₂SO₂+Cl₂ v = k₁c(SO₂Cl₂) ②2NO₂2NO+O₂ v = k₂c²(NO₂) ③H₂+Cl₂2HCl v = k3c(H₂)·(Cl₂) ①固体或纯液体的浓度视为常数，不能在反应速率方程中出现。 ②在反应速率方程中，气体反应物的浓度可以用分压代替。 2.阿伦尼乌斯公式 反应速率常数k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素影响。 1889年，阿伦尼乌斯在总结了大量实验结果的基础上，提出了反应速率常数与温度之间的经验公式： 其中，k为反应速率常数；A为指前因子；e为自然对数的底；R为摩尔气体常数；Ea为活化能，单位为J·mol-1或kJ·mol-1。 由该公式可知，Ea值越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大。 考点一 基元反应 【典例1】亚硫酸钠溶液中加入过量的碘酸钾酸性溶液，反应的化学方程式为(未配平)：。该反应过程和机理较复杂，一般认为分为以下几步： ①(慢) ②(快) ③(快) ④(快) ⑤(快) 下列推测错误的是 A．若预先加入淀粉溶液，由题述看，必须在离子消耗完时，蓝色现象才会产生 B．此反应的总的反应速率由第①步反应决定 C．此反应的总的反应速率由第⑤步反应决定 D．若反应中有5mol电子转移，则生成的物质的量是0.5mol 【答案】C 【详解】A．由反应④可知，亚硫酸根的还原性大于碘离子，可被碘单质氧化，故需消耗完亚硫酸根离子，才会生成碘单质，才会有溶液变蓝的现象产生，A项正确； B．由慢反应决定整个反应过程的速率，故反应速率由①步反应决定，B项正确； C．由慢反应决定整个反应过程的速率，故反应速率由①步反应决定，C项错误； D．碘元素化合价由碘酸钾中碘元素+5价，降低为碘单质中0价，每生成1mol碘单质，转移10mol电子，5mol电子转移生成碘的物质的量为0.5mol，D项正确； 答案选C。 【变式1-1】已知反应2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－752 kJ·mol－1的反应机理如下： ①2NO(g)N2O2(g)(快) ②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g)(慢) ③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g)(快) 下列有关说法错误的是(　　) A．②反应的活化能最大 B．②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效 C．N2O2和N2O是该反应的催化剂 D．总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 【答案】C 【解析】②反应最慢，说明活化能最大，A正确；②反应为慢反应，说明反应的活化能大，微粒之间的许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D正确。 【变式1-2】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(　　) A．该反应的速率主要取决于①的快慢 B．NOBr2是该反应的催化剂 C．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 【答案】C 【解析】反应速率主要取决于慢反应，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1，故C正确；增大Br2(g)的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故D错误。 【变式1-3】(1)已知2HI⇌H2＋I2经过两步完成， 第1步：…… 第2步：2I·→I2 写出第1步基元反应： 。 (2)已知氧气氧化溴化氢气体的反应历程： a．HBr＋O2→HOOBr b．HOOBr＋HBr→2HOBr c．HOBr＋HBr→H2O＋Br2 该反应过程中的中间体有 。 写出O2氧化HBr的总反应 。 （3）科学家提出了以乙苯为原料制备苯乙烯的机理，如下图所示。(Ph-代表苯基，*代表吸附态) 虚线框内，化学反应速率最小的一步活化能的值为 。 【答案】(1)2HI→H2＋2I· (2)HOOBr、HOBr 4HBr＋O2=2H2O＋2Br2 （3）63.5 【详解】 （1）第1步反应=等于总反应-第2步反应，第1步基元反应：2HI→H2＋2I·。 （2）中间体是在反应过程中即作为生成物，又作为后续反应的反应物的物质，根据已知反应可知该反应过程中的中间体有HOOBr、HOBr； 有反应历程可知该反应最终产物为Br2和H2O，总反应为4HBr＋O2=2H2O＋2Br2。 （3）由图可知，该反应为：i→ii→iii，共2步反应，活化能越大，反应速率越慢，则虚线框内化学反应速率最慢的一步为i变为过渡态1，活化能最大，值为（86.6-23.1）kJ/mol=63.5 kJ/mol。 考点二 应用有效碰撞理论、活化能分析化学反应 【典例2】下列说法正确的是(　　) ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应　②非活化分子间的碰撞能发生化学反应　 ③活化分子的能量比非活化分子的能量高　④化学反应的实质是原子的重新组合 ⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成 ⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 A．①③④⑤ B．①②③⑥ C．③④⑤⑥ D．②③④⑤ 【答案】C 【解析】只有能引起化学反应的碰撞才是有效碰撞，而只有活化分子才可能发生有效碰撞，有效碰撞是发生化学反应的充要条件，所以①②是错误的。 【变式2-1】下列说法中正确的说法有几个 ①活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应 ②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应 ③增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子数，从而使有效碰撞次数增多 ④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)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大 ⑤不能用固体或纯液体的变化量来表示反应快慢 ⑥催化剂能增大活化分子百分数，从而增大化学反应速率 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 【答案】C 【详解】碰撞不一定为有效碰撞，则活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应，还与其分子取向有关，故正确； 普通分子不具有反应所需的能量，则普通分子不能发生有效碰撞，故错误； 增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子个数，从而使有效碰撞几率增大，碰撞次数增多，故正确； 有气体参加的化学反应，若增大压强缩小反应容器的体积，可增大单位体积内活化分子个数，有效碰撞几率增大，碰撞次数增多，故错误； 固体或纯液体的浓度视为常数，故不能用固体或纯液体的浓度变化量表示化学反应速率，故正确； 催化剂降低反应活化能，部分非活化分子转化为活化分子，活化分子百分数增大，化学反应速率加快，故正确； 故选：C。 【变式2-2】一定条件下，密闭容器中发生反应M(g)N(g)，反应过程中的能量变化如图中曲线Ⅰ所示。下列说法错误的是(　　) A．该反应中正反应的活化能为(E3－E2) kJ·mol－1 B．该反应的反应热为(E1－E2) kJ·mol－1 C．曲线Ⅱ表示其他条件不变，升高温度时的能量变化 D．曲线Ⅲ表示其他条件不变，加入催化剂时的能量变化 【答案】C 【解析】该反应中正反应的活化能为(E3－E2) kJ·mol－1，故A项正确；该反应的反应热＝生成物的总能量－反应物的总能量＝(E1－E2) kJ·mol－1，故B项正确；其他条件不变，升高温度时反应物分子的总能量增加，反应物分子中活化分子的百分数增大，但反应的活化能不变，故C项错误；加入催化剂可以降低反应的活化能，所以曲线Ⅲ表示其他条件不变，加入催化剂时的能量变化，故D项正确。 【变式2-3】N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应原理为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法不正确的是(　　) A．ΔH＝ΔH1＋ΔH2 B．ΔH＝－226 kJ·mol－1 C．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D．为了实现转化，需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O 【答案】D 【解析】①N2O＋Pt2O＋===Pt2O＋N2　ΔH1，②Pt2O＋CO===Pt2O＋＋CO2　ΔH2，根据盖斯定律，①＋②得到N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故A正确；由图示分析可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应为放热反应，反应焓变ΔH＝134 kJ·mol－1－360 kJ·mol－1＝－226 kJ·mol－1，故B正确；正反应的活化能Ea＝134 kJ·mol－1小于逆反应的活化能Eb＝360 kJ·mol－1，故C正确；①N2O＋Pt2O＋===Pt2O＋N2　ΔH1，②Pt2O＋CO===Pt2O＋＋CO2　ΔH2，反应过程中Pt2O＋和Pt2O参与反应后又生成，不需要补充，故D错误。 考点三 催化反应机理的物质变化和能量变化 【典例3】反应过程中能量变化如图所示（图中表示正反应的活化能，表示逆反应的活化能）。下列有关叙述错误的是 A．该反应为吸热反应 B．升高温度，活化分子百分数增大 C．使用催化剂，该反应的不变 D．该反应的 【答案】D 【详解】A．反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应为吸热反应，故A正确； B．温度升高，活化分子百分数增大，故B正确； C．催化剂不影响反应焓变，故C正确； D．该反应的，故D错误； 答案选D。 【变式3-1】工厂的氨氯废水可用电化学催化氧化法加以处理，其中在电极表面的氧化过程的微观示意图如图： 下列说法中，不正确的是 A．过程④中有极性键形成 B．催化剂可以降低该反应的活化能 C．过程①②均有键断裂，键断裂时需要吸收能量 D．该催化氧化法的总反应为： 【答案】A 【分析】由图可知，在该电极表面，过程①中转变成，过程②中转变成，过程③中转变成N，过程④中N结合生成N2。该电极的电极反应为，发生氧化反应。另一电极的反应为氧化剂发生还原反应，根据原料易得、成本低廉、符合绿色化学的生产原则，可用空气中的作氧化剂。 【详解】A．由图可知，过程④中N原子结合成N2，形成的键为非极性键，A错误； B．催化剂参与了该反应的中间过程、改变了反应的途径，降低了活化能，B正确； C．由图可知，过程①②均有N—H键断裂，N—H键断裂时需要吸收能量，C正确； D．结合分析可知，该催化氧化法的总反应为：，D正确； 故选A。 【变式3-2】向中加入少量溶液，的分解机理及其反应过程的能量变化如下。 ① ② 下列有关说法正确的是 A．是该反应的催化剂 B．反应①②均为放热 C．反应①比反应②活化能大 D．加入少量溶液后，分解过程的最大能垒为 【答案】C 【详解】A．由反应①和反应②可知，Fe3+是反应的催化剂，A错误； B．由图可知，反应①为吸热反应，反应②为放热反应，B错误； C．由图可知，E1>E2，反应①的活化能大于反应②的活化能，C正确； D．加入少量溶液后作催化剂后，分解过程的最大能垒为E1，D错误； 答案选C。 【变式3-3】大气中的臭氧层能有效阻挡紫外线，已知反应：，在有Cl·存在时(Cl·对反应有催化作用)的反应机理为：基元反应①：，基元反应②：，反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．b表示存在Cl·时反应过程的能量变化 B．Cl·是反应的催化剂，改变了反应历程，不改变反应过程的大小 C．决定反应速率的是基元反应① D．增大压强和加入催化剂都能增大活化分子百分数 【答案】D 【详解】A．Cl·对反应有催化作用，催化剂参与反应改变反应历程，降低反应活化能，加快反应速率，b表示存在Cl·时反应过程的能量变化，A正确； B．由图像可知催化剂改变了反应历程，降低反应活化能，但不改变反应过程的大小，B正确； C．两步基于反应中活化能大的①是决速步，C正确； D．加入催化剂都能增大活化分子百分数，但增大压强不能增大活化分子百分数，D错误； 故选D。 1．下列说法中正确的是 A．活化分子之间发生的碰撞一定是有效碰撞 B．的反应一定是能自发进行的反应 C．催化剂能降低反应的活化能，因而提高可逆反应的速率和产率 D．升高温度，使活化分子的百分数增大，因而增大化学反应速率 【答案】D 【详解】A．活化分子之间发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，取向不合适不能发生反应的碰撞不是有效碰撞，A错误； B．满足ΔH-TΔS<0的反应才能自发进行，ΔH<0的反应不一定能自发进行，B错误； C．催化剂能降低反应的活化能，因此可以提高可逆反应的速率，但是不能提高产率，C错误； D．升高温度，活化分子的百分数增大，化学反应速率也增大，D正确； 故选：D。 2．298.15K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线如图所示，下列说法正确的是（　　） A．合成氨反应的热化学方程式为N2+3H2＝2NH3△H＝﹣92kJ/mol B．在图中曲线a表示加入催化剂时的能量变化曲线 C．升高反应温度，活化分子数增多 D．催化活性很强的新型催化剂可以提高N2的转化率 【答案】C 【详解】A．在热化学反应方程式中，各物质的聚集状态应该标出，N2+3H2＝2NH3△H＝﹣92kJ/mol未标明物质聚集状态，故A错误； B．加入催化剂，降低活化能，b为加入催化剂的曲线，故B错误； C．升高温度，使分子的能量增大，活化分子的百分含量增大，数目增多，故C正确； D．催化剂不影响化学平衡，不能改变转化率，故D错误。故选：C。 3．下列说法正确的是 A．其他条件不变时，反应物浓度增大，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 B．其他条件不变时，温度升高，活化分子数目增多，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 C．其他条件不变时，增大压强，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大 D．其他条件不变时，使用催化剂，反应的活化能降低，活化分子百分数减小，化学反应速率增大 【答案】B 【详解】A．其他条件不变，浓度增大，则活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增多，相同时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，故A错误； B．其他条件不变，升高温度，提供分子反应所需的能量，活化分子数、百分数均增大，相同时间内有效碰撞次数增多，则化学反应速率增大，故B正确； C．其他条件不变，增大气体压强，单位体积内活化分子数目增大，但百分数不变，相同时间内有效碰撞次数增多，则化学反应速率增大，故C错误； D．其他条件不变，使用催化剂，降低反应所需的活化能，活化分子数、百分数均增大，化学反应速率增大，故D错误； 答案选B。 4．过氧化氢在酸性环境中可氧化Br-，该过程由下列基元反应构成： ①H++H2O2→H3O    (快) ②H3O+Br-→H2O+HOBr    (快)活化能      Ea3 ③HOBr+H++Br-→H2O+Br2    (慢)活化能     Ea4 下列说法错误的是 A．Ea3＜Ea4 B．H+为该反应的催化剂 C．整个反应的速率由反应③决定 D．总反应为：H2O2+2H++2Br-=2H2O+Br2 【答案】B 【详解】A．活化能越低反应速率越快，②比③快，所以Ea3＜Ea4，A正确； B．根据反应可知H+参与了反应并被消耗，不符合催化剂的定义，B错误； C．慢反应决定整个反应速率，C正确； D．方程式①②③进行叠加可得H2O2+2H++2Br-=2H2O+Br2，D正确； 故答案选B。 5．碰撞理论是我们理解化学反应速率的重要工具，下图为HI分解反应中分子碰撞示意图。 下面说法正确的是 A．图1中分子取向合适，发生有效碰撞 B．活化分子具有的能量与反应物分子具有的能量之差，是反应的活化能 C．用光辐照的方法，也可以增大活化分子数目，加快反应速率 D．由图知，是基元反应 【答案】C 【详解】A．由示意图可知，只有图3有新物质生成，故图3中的碰撞为有效碰撞，故A错误； B．使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，所以活化分子的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差为反应的活化能，故B错误； C．用光辐照的方法，也可以提高活化分子百分数，也可以增大活化分子数目，加快反应速率，故C正确； D．结合图3可知，是总反应，不是基元反应，故D错误； 答案选C。 6．以废旧铅酸蓄电池中的含铅废料和H2SO4为原料，通过不同过程a、b实现铅的再生利用。过程b涉及如下两个反应： ① ② 各过程的能量变化如图。 下列说法不正确的是 A．过程a的反应为： B．与过程a相比，过程b增大了单位体积内活化分子的数目 C．过程b中，①反应速率比②慢 D．过程b使用了催化剂，通过减小反应热来提升反应速率 【答案】D 【详解】A．反应a和反应b总反应相同，根据①+②得总反应，所以过程a的反应为：，A正确； B．由图可知，过程b活化能低于过程a，以过程b使用了催化剂，降低反应的活化能，增大了单位体积内活化分子的数目，B正确； C．由图可知，①反应的活化能大于②，活化能越大，反应速率越慢，所以①反应速率比②慢，C正确； D．过程b使用了催化剂，降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变反应热，D错误； 故答案为：D。 7．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。活化氧可以快速氧化，并释放出炭黑。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。下列说法正确的是 A．每活化一个氧分子吸收0.29eV能量 B．有水或无水对生成活化氧的反应速率无影响 C．氧分子的活化是的断裂与的生成过程 D．炭黑颗粒是大气中转化为的催化剂 【答案】D 【详解】A．由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放出0.29eV能量，A错误； B．有水时反应的活化能更低，反应速率更快，故有水和无水对生成活化氧的反应速率有影响，B错误； C．由图可知，氧分子的活化是的断裂与的生成过程，C错误； D．活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂，D正确； 故选D。 8．我国科学家发现了一种新型的电化学还原催化剂——二维锑片。酸性条件下人工固碳装置中气体在表面发生三种催化竞争反应，其反应历程如下图所示(*表示吸附态中间体)。 下列说法不正确的是 A．三种催化反应均为氧化还原反应 B．生成时吸收的能量最多 C．该催化剂对生成的催化效果最好 D．表面生成的反应为 【答案】D 【详解】A．三种催化反应均有元素化合价改变，均为氧化还原反应，故A正确； B．HCOOH的能量最高，生成HCOOH吸收的能量最多，故B正确； C．生成HCOOH的活化能最低，生成HCOOH的速率最快，所以催化剂对生成的催化效果最好，故C正确； D．二氧化碳生成CO，C元素化合价由+4降低为+2，Sb电极表面生成CO的反应为：*CO2+2*H++2e-=CO+H2O，故D错误； 故选：D。 9．在碳中和背景下，氢能是新能源领域中与油气行业现有业务结合最紧密的一类，而制氢成本过高，仍是目前氢能产业发展的挑战之一，甲烷水蒸气重整制氢是目前工业制氢最为成熟的方法，涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ CH4(g) +H2O(g) CO(g) +3H2(g)    ΔH1>0 反应Ⅱ CH4(g) +2H2O(g) CO2(g) +4H2(g)     ΔH2>0 反应ⅢCO(g) +H2O(g) CO2(g) +H2(g)    ΔH3 已知部分化学键的键能数据如下表： 化学键 O-H H-H C=O C≡O( CO) 键能/(kJ·mol -1) 463 436 803 1075 则ΔH3= ，若反应Ⅲ的正反应活化能Ea(正) =83 kJ· mol-1，则逆反应活化能Ea(逆)= kJ·mol-1。 【答案】 -41kJ/mol 124 【详解】由ΔH=反应物总键能-生成物总键能，ΔH3=1075kJ/mol+2×463kJ/mol-(2×803kJ/mol+436kJ/mol)=-41kJ/mol；根据ΔH= Ea(正)- Ea(逆)，则Ea(逆)= Ea(正)- ΔH3=83kJ/mol-(-41kJ/mol)=124 kJ·mol-1； 10．氮是重要的短周期元素之一，研究含氮化合物有重要意义。 回答下列问题： (1)可用活性炭还原处理NO，相关反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)。 已知 ①N2(g)+O2(g)=2NO(g)  ΔH1=akJ·mol-1；        ②C(s)的燃烧热为ΔH2=bkJ·mol-1。 反应C(s)+2NO(g) ⇌N2(g)+CO2(g)的ΔH= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。 (2)在5L密闭容器内，800℃时发生反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)，n(NO)随时间变化如下表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.20 0.10 0.08 0.07 0.07 0.07 ①0～2s内，用O2表示该反应的反应速率为 mol·L-1·s-1。 ②下列措施能够使该反应的反应速率加快的是 (填字母)。 a.降低温度　　 b.使用合适的催化剂　　 c.减小容器容积 (3)以NH3、CO2为原料生产尿素[CONH2)2]的反应历程与能量变化示意图如图。 ①第二步反应的△H 0(填“>”、“<”或“=”)。 ②从图像分析决定生产尿素的总反应的反应速率的步骤是第 步反应。 (4)在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图，写出总反应的化学方程式： 。 【答案】(1)b-a (2) 0.006 bc (3) > 二 (4)4NH3+4NO+O2=6H2O+4N2 【详解】（1）已知反应：① ，反应：② ，根据盖斯定律，②-①即可得： C(s) + 2NO(g) CO2(g) + N2(g) 。故答案为：b-a。 （2）①0～2s内用NO表示的平均反应速率v(NO)==0.012mol•L-1•s-1，速率之比等于化学计量数之比，所以v(O2)=v(NO)=0.006mol•L-1•s-1； ②a．降低温度，反应速率减慢，故a不选； b．使用合适的催化剂能加快反应速率，故b选； c．减小容器容积使反应物浓度增大，反应速率加快，故c选； 答案为bc； （3）①由图像可知该反应中第二步反应物总能量小于生成物总能量，属于吸热反应，所以ΔH＞0； ②反应的速率主要取决于最慢的反应，最慢的反应主要是反应物活化能大，所以已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤； （4）根据图示，2molNH3、2molNO、0.5molO2反应生成2molN2和3molH2O，总反应的化学方程式为4NH3 +4NO+O2＝4N2 +6H2O。 1．下列说法中不正确的是 A．活化分子之间发生的碰撞就是有效碰撞 B．对有气体参加的化学反应，减小容器容积，化学反应速率增大 C．升高温度，可使单位体积内反应物中活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 D．加入催化剂，若单位体积内反应物中活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 【答案】A 【详解】A．根据碰撞理论，有效碰撞必须满足两个条件：一是分子具有足够的能量（达到或超过活化能，即活化分子）；二是碰撞方向（取向）合适。活化分子之间的碰撞如果取向不合适，也不会发生化学反应，因此不一定是有效碰撞，A错误； B．减小容器容积相当于增加气体浓度（单位体积内的活化分子数增多）。根据速率定律，反应速率与反应物浓度成正比，因此速率增大，B正确； C．升高温度会增加分子的平均动能，使更多分子达到或超过活化能，从而增大活化分子的百分数。由于反应速率取决于活化分子的数量，因此速率增大，C正确； D．催化剂通过降低反应活化能，使原本能量不足的分子也能成为活化分子，从而增大活化分子的百分数。这会导致单位时间内有效碰撞增多，反应速率增大，D正确； 故选A。 2．甲烷与氯气光照条件下的反应实际上是氯自由基()与甲烷的取代反应，其中两步反应的机理如下： 第一步：(慢反应) 第二步：(快反应) 下列反应进程示意图符合上述两步机理的是 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则活化能越小，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应；由题意，第一步为慢反应，则第一步反应的活化能大于第二步；第一步反应为吸热反应、第二步为放热反应，则第一步生成物能量大于反应物、第二步生成物能量低于反应物； 故选A。 3．在催化剂或的作用下，产生，将氧化。产生的机理如下： 反应Ⅰ：(慢反应) 反应Ⅱ：(快反应) 下列说法不正确的是 A．反应I的活化能大于反应Ⅱ B．反应I中有极性键的断裂，反应Ⅱ中有非极性键的断裂 C．将氧化的反应是： D．与作催化剂相比，相同条件下催化的氧化效率可能更高 【答案】D 【详解】A．反应I为慢反应，活化能高，故反应I的活化能大于反应Ⅱ，A正确； B．反应I中H2O2中H-O键断裂，H-O为极性键，反应Ⅱ中H2O2中O-O键断裂，O-O键为非极性键，B正确； C．将氧化为硫酸根，反应是：，C正确； D．中既有Fe2+，又有Fe3+，故的催化效率比更高，相同条件下催化的氧化效率可能更高，D错误； 故选D。 4．中科大曾杰教授团队在二氧化碳选择性高效制备乙酸研究获得突破，反应原理为。该反应的历程和相对能量的变化如下图所示(  指微粒吸附在催化剂表面)。 下列说法错误的是 A．整个反应历程包含3个基元反应 B．物质从催化剂表面解吸一般需要吸收能量 C．加压和升温，均可增大单位体积内活化分子百分数，从而提高化学反应速率 D．合成乙酸反应历程中速率最小的步骤是： 【答案】C 【详解】A．整个反应历程包含：、、，共3个基元反应，A正确； B．从图像可知，物质从催化剂表面解吸需要克服吸附剂键作用，通常需要吸收能量，B正确； C．加压单位体积内分子数和活化分子数均增加，但是活化分子百分数不变，C错误； D．对比各步骤过渡态能垒可知，对应最高能垒，因而为决定速率的慢速步，D正确； 故选C。 5．已知X转化为R和W分步进行：①    ；② 上述反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．升高温度，反应①的正反应速率变化值大于反应②的正反应速率变化值 B．更换高效催化剂，可使和减小 C．增加体系中X(g)的浓度，反应物活化分子百分数增大，有效碰撞概率增大，反应速率加快 D． 【答案】A 【详解】A．活化能越大，反应速率受温度影响越大，反应①正反应活化能大于反应②正反应活化能，所以升高温度，反应①的正反应速率变化值大于反应②的正反应速率变化值，故A正确； B．催化剂不影响焓变，故B错误； C．增加体系中X(g)的浓度，反应物活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增加，有效碰撞概率增大，反应速率加快，故C错误； D．焓变等于正反应活化能减去逆反应活化能， ，故D错误； 选A。 6．反应  ，经过两步基元反应完成，第一步反应热为，第二步反应为：  ，反应过程的能量变化如图所示，下列有关说法错误的是 A．第一步反应为： B．反应热的关系为： C．总能量： D．因为第一步反应为吸热反应，第二步反应为放热反应，所以第一步反应速率大于第二步 【答案】D 【详解】A．反应，经过两步基元反应完成，第二步反应为：，第一步反应＝总反应-第二步反应，则第一步反应：，故A正确； B．反应，经过两步基元反应完成，第一步反应+第二步反应＝总反应，由盖斯定律知，反应热的关系为：，故B正确； C．由能量-反应过程图可知，该反应为吸热反应，即反应物总能量低于生成物总能量，总能量：，故C正确； D．活化能小的反应速率大，活化能大的反应速率小，由图可知，第一步反应活化能更大，所以第一步反应速率小于第二步，故D错误； 故答案为：D。 7．CO用于处理大气污染物N2O，在催化剂作用下该反应的具体过程如图1所示，反应过程中能量变化情况如图2所示。下列说法正确的是 A．总反应 CO(g)+N2O(g)=CO2(g)+N2(g)的ΔH=-361.22kJ·mol-1 B．稳定性：IM1>IM2>IM3>IM4 C．反应①和反应②均为放热反应 D．ZnO+和Zn+都是中间产物 【答案】A 【分析】根据ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量，根据图1和图2可以看出反应的催化剂为Zn+，ZnO+为中间产物，进行分析。 【详解】A．根据流程图可以看出反应过程中CO变为CO2，N2O变成N2，总反应为CO(g)+N2O(g)=CO2(g)+N2(g)，生成物的总能量小于反应物的总能量，差值为361.22kJ/mol，因此该反应的ΔH=-361.22kJ·mol-1，A正确； B．能量越低越稳定，所以稳定性：IM1＜IM2＜IM3＜IM4，B错误； C．反应①是Zn+和N2O反应生成N2和ZnO+，生成物能量高于反应物能量，是吸热反应，反应②是放热反应，C错误； D．根据图1和图2结合，可以看出反应的催化剂为Zn+，ZnO+为中间产物，D错误； 故答案为：A。 8．Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂，脱除过程如图所示。其中，图甲和图乙表示脱除H2S时先进行的吸附步骤。下列说法不正确的是 A．Fe2O3对H2S的吸附能力：甲＞乙 B．脱除过程中H元素的化合价未发生变化 C．时间一长，催化剂的活性降低 D．催化剂失效后，在氧气中加热又转化为Fe2O3 【答案】A 【分析】根据题目信息可得到该脱除反应的化学方程式为：，据此信息解答。 【详解】A．Fe2O3中铁元素为+3价、氧元素为-2价，图甲Fe2O3中带正电荷的铁元素和H2S中带正电荷的氢元素之间的斥力较大，而图乙Fe2O3中带负电荷的氧元素和H2S中带正电荷的氢元素之间的引力较大，则图甲中Fe2O3对H2S的吸附能力弱于图乙，故A错误； B．图中铁元素的化合价由+3价降低至+2价，硫元素的化合价由-2价升高至0价，氢元素的化合价未发生变化，故B正确； C．脱除一段时间后，析出的硫单质附着在催化剂表面，会影响催化剂的活性，活性降低，故C正确； D．催化剂失效后，FeS和O2反应生成Fe2O3和SO2，故D正确； 故选A。 9．丙烯与可发生加成反应①和②，其反应进程与能量如下图所示，下列判断不正确的是 A．反应速率：① < ② B．两个反应的均小于0 C．该条件下，有机产物主要为 D．选择合适催化剂能提高的选择性 【答案】C 【详解】A．活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应①活化能更高，反应速率更慢，即反应速率：① < ②，A项正确； B．由图可知，丙烯与可发生加成反应中，反应物总能量均高于生成物总能量，反应均为放热反应，则均小于0，B项正确； C．反应①活化能更高，则反应②的碳正离子多，则该条件下，有机产物主要为，C项错误； D．选择合适的催化剂提高的选择性，可以提高的产率，D项正确； 答案选C。 10．回答下列问题 (1)和反应生成和过程中的能量变化如图所示： ①若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大， (填“增大”“减小”或“不变”)。 ②写出和CO反应的热化学方程式 。 (2)标准摩尔生成焓是指在和101kPa时，最稳定的单质生成1mol化合物的焓变。已知和101kPa时下列反应： ①； ②C(s，石墨)； ③。 写出乙烷()标准摩尔生成焓的焓变 (用含、、的式子表示)。 (3)常温常压时，直接氧化法脱硫得到硫单质的反应历程与体系能量变化如图所示(TS表示过渡态)。 ①直接氧化法脱硫反应的热化学方程式为： 。 ②上述反应历程共涉及 个基元反应。 ③其中化学反应速率最慢的步骤的活化能为 。 (4)反应在四种不同情况下的反应速率分别为： ①   ②   ③   ④ 该反应进行的快慢顺序为 (填序号)。 【答案】(1) 减小 (2) (3) 5 182.1 (4)④>②=③>① 【详解】（1）①催化剂可降低反应的活化能，反应速率增大，E1的变化是减小； ②焓变等于正逆反应的活化能之差，∆H=(134-368) kJ/mol =-234kJ/mol，则NO2和CO反应的热化学方程式为； （2）乙烷()标准摩尔生成焓的反应为2C(s，石墨)+3H2(g)=C2H6(g)，由盖斯定律，反应②×2+反应③×-反应①×可得； （3）①由图可知该反应∆H=-384.5-0=-384.5，直接氧化法脱硫反应的热化学方程式为：； ②根据波峰数目确定基元反应个数，上述反应历程共涉及5个基元反应； ③活化能越大的反应速率越慢，其中化学反应速率最慢的步骤的活化能为-187.9-(-370.0)=182.1；, （4）由反应速率与其系数的比值可比较反应的快慢，比值越大反应速率越快，则①，②，③，④，该反应进行的快慢顺序为④>②=③>①。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$