第2章 第1节 第3课时 活化能-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

第一节　化学反应速率 第3课时　活化能 第二章　化学反应速率与化学平衡 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 命题整体感知 尝试与研析 01 02 学习目标 评价目标 1．知道化学反应是有历程的，认识基元反应 2．认识活化能对化学反应速率的影响 1．知道化学反应是有历程的，认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程 2．能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的建构过程，强化模型认知意识 教材整体初识 构建与探源 01 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。其中______________都称为基元反应。如2HI===H2＋I2的两个基元反应为2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2。 2．反应机理 先后进行的____________反映了化学反应的反应历程，反应历程又称____________。 知识点一　有效碰撞理论 每一步反应 基元反应 反应机理 3．基元反应发生的先决条件 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生化学反应。 4．有效碰撞 知识点一　有效碰撞理论 5．活化分子和活化能 (1)活化分子：能够发生____________的分子。 对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。 (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，叫反应的活化能。 知识点一　有效碰撞理论 有效碰撞 6．化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系 知识点一　有效碰撞理论 1．浓度 反应物浓度增大→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率________；反之，化学反应速率________。 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________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率________；反之，化学反应速率________。 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。 知识点二　用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 增多 增加 增大 减小 增多 增加 增大 减小 3．温度 升高温度→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞的次数________→化学反应速率________；反之，化学反应速率________。 4．催化剂 使用催化剂→改变了反应的历程(如图所示)， 反应的活化能________→活化分子的百分数 ________→单位时间内有效碰撞的次数 ________→化学反应速率________。 知识点二　用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 增大 增加 增大 减小 降低 增大 增加 增大 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化。(　　) (2)只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞。(　　) (3)升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来增大化学反应速率的。(　　) (4)人们把能够发生有效碰撞的分子叫活化分子，把活化分子具有的能量叫活化能。(　　) (5)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。(　　) 探本思辨 × × × × × 2．反应A→C分两步进行：①A→B，②B→C。反应过程的能量变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。按要求回答下列问题。 探本思辨 (1)整个反应中ΔH＝________________________________。 (2)使用催化剂________(填“能”或“不能”)影响该反应的反应热。 (3)三种物质中______(填字母)最稳定。 ΔH＝E1－E2＋E3－E4 不能 C 3．合成氨工业中，在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，约为335 kJ·mol-1。加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行，如图所示。第一阶段反应的活化能为126～167 kJ·mol-1，第二阶段反应的活化能为13 kJ·mol-1。催化剂的催化过程一般是催化剂跟其中的一种反应物首先发生反应，生成过渡物，然后再跟另外的反应物反应，生成产物，同时催化剂重新生成。催化剂生成的过渡物比没有催化剂生成的过渡物的能量要低，因而使反应更加容易发生和进行。这就是改变了其反应历程。 探本思辨 (1)依据合成氨的能量变化图，你能判断出合成氨的反应是放热反应还是吸热反应吗？ (2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂能增大化学反应速率的原因是什么？ 探本思辨 答案：(1)由于反应物的总能量高于生成物的总能量，故工业合成氨的反应是放热反应。 (2)使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，增大了活化分子百分数，使有效碰撞次数增加，反应速率增大。 探本思辨 命题整体感知 尝试与研析 02 类型一　有关反应速率的答题方向 角度1：解释影响反应速率的因素 1．外界条件对反应速率的影响微观分析 条件变化 微观因素变化 化学反应速率变化 分子 总数 活化分子 百分数 活化分子 数目 单位体积内活 化分子数目 有效 碰撞 增大浓度 增加 不变 增加 增加 增加 增大 增大压强 不变 不变 不变 增加 增加 增大 升高温度 不变 增加 增加 增加 增加 增大 使用催化剂 不变 增加 增加 增加 增加 增大 类型一　有关反应速率的答题方向 2．外界条件改变与有效碰撞理论的关系 从活化分子和有效碰撞的角度来看，客观因素的改变对化学反应速率的影响存在着如下关系。 典例研析 例1 [2023·嘉兴一中检测]用氢气还原氮氧化物的反应为2H2＋2NO===2H2O＋N2，该反应速率与反应物浓度之间满足关系：v＝k·cm(H2)·cn(NO)，其中k是常数，m、n的值可由实验测定。科研团队测定了该反应在不同投料关系时N2起始反应速率，数据列于下表： 实验 编号 起始浓度/(×10-3 mol·L-1) N2反应速率/(×10-3 mol·L-1·s-1) NO H2 1 6.00 1.00 3.19 2 6.00 2.00 6.38 3 1.00 6.00 0.48 4 2.00 6.00 1.92 典例研析 下列说法正确的是(　　) A．m＝2、n＝1 B．实验2中NO的平均反应速率约为1.28×10-3 mol·L-1·s-1 C．增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增加 D．与H2相比，NO浓度的变化对反应速率的影响更为显著 D 典例研析 【解析】 利用编号1和2的实验数据，v1＝k×(1.00×10-3)m×(6.00× 10-3)n＝3.19×10-3，v2＝k×(2.00×10-3)m×(6.00×10-3)n＝6.38×10-3，可以求出m＝1；利用编号3和4的实验数据，v3＝k×(6.00×10-3)m×(1.00× 10-3)n＝0.48×10-3，v4＝k×(6.00×10-3)m×(2.00×10-3)n＝1.92×10-3，可以求出n＝2，故A项错误；速率之比等于化学计量数之比，2v(N2)＝v(NO)，则NO的平均反应速率约为1.28×10-2 mol·L-1·s-1，故B项错误；增大反应物浓度，活化分子数增大，但是活化分子百分数不变，有效碰撞次数增大，故C项错误；经过计算，m＝1、n＝2，指数越大，对应物质对速率影响越大，或者经过数据对比，也可以得知，NO浓度的变化对反应速率影响更为显著，故D项正确。 类型一　有关反应速率的答题方向 角度2：化学反应速率影响因素类题的分析方法 (1)控制变量法 当某种物质发生化学反应时，反应速率的大小不仅取决于物质的本质特性，还受反应物的浓度、温度、压强、催化剂、表面积等外界因素的影响。当研究其中某个因素对化学反应速率的影响时，常常先控制其他几个因素不变，这种方法称为控制变量法。 类型一　有关反应速率的答题方向 (2)分清主次法 当多个因素同时影响反应速率时，要分清哪个是主要因素。如锌与稀硫酸反应时，氢气的生成速率先由小变大，再由大变小，这是因为锌与稀硫酸反应时放热，体系温度逐渐升高，此时温度对反应速率的影响占主导地位，所以氢气的生成速率由小变大；一段时间后，反应体系中H＋的浓度减小，此时浓度对反应速率的影响占主导地位，所以氢气的生成速率又由大变小。 典例研析 例2 Au/Fe2O3可用作反应CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)的催化剂。下列有关说法不正确的是(　　) A．加入催化剂Au/Fe2O3，反应的焓变ΔH不变 B．反应后催化剂质量不变，则催化剂一定没有参加化学反应 C．向固定容积的反应体系中充入水蒸气，反应速率增大 D．升高温度，反应体系的活化分子百分数增大 B 典例研析 【解析】 加入催化剂Au/Fe2O3能降低反应的活化能，不能改变反应的焓变，故A正确；催化剂参与化学反应，但是反应结束后又会生成催化剂，所以其质量不变，故B错误；向固定容积的反应体系中充入水蒸气，反应物浓度变大，则反应速率增大，故C正确；升温，分子总数不变，但更多的普通分子吸收能量转化为活化分子，故活化分子百分数增大，故D正确。 巩固与变化 1．下列说法中错误的是(　　) A．加入适宜的催化剂，可降低反应的活化能 B．对于有气体参加的反应，增大压强，不一定增大反应速率 C．活化分子之间的碰撞不一定是有效碰撞 D．其他条件不变，升高温度，一定增大活化分子百分数，但不一定增大反应速率 D 巩固与变化 【解析】 催化剂通过改变反应历程降低反应的活化能，增大反应速率，A项正确；若为容器容积恒定且有气体参加的反应，向容器中通入稀有气体，尽管压强增大，反应速率并不增大，B项正确；活化分子碰撞时有合适取向并使化学键断裂，发生化学反应，这样的碰撞才是有效碰撞，C项正确；其他条件不变，升高温度，分子具有的能量增大，则活化分子百分数增大，一定能增大反应速率，D项错误。 巩固与变化 2．[2023·温州中学检测]已知分解1 mol H2O2放出98 kJ热量，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)。下列有关该反应的说法不正确的是(　　) A．总反应中v(H2O2)∶v(O2)＝2∶1 B．H2O2的分解速率与I－的浓度有关 C．该反应的催化剂是I－，而不是IO－ D．由于催化剂的加入降低了反应的活化能，使该反应的活化能低于 98 kJ·mol-1 D 巩固与变化 【解析】 总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，速率之比等于化学计量数之比，则总反应中v(H2O2)∶v(O2)＝2∶1，A正确；I－为催化剂，则H2O2的分解速率与I－的浓度有关，B正确；IO－为中间产物，该反应的催化剂是I－，而不是IO－，C正确；催化剂可降低反应的活化能，但其活化能大小不能确定，D错误。 巩固与变化 3．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，从而增大反应速率 C 巩固与变化 【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，所以能增大反应速率，故D错误。 类型二　化学反应机理分析 角度1：反应历程中的物质分析 反应历程：基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)，基元反应的总和称为总反应。由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式，它只能表示出反应物和生成物以及它们之间的化学计量关系。当然，也有一些化学反应是反应物一步直接转化为生成物的，总反应就是基元反应，这类反应又称为简单反应。 类型二　化学反应机理分析 在机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的物质(产物一般是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质)，与之同时反应的就是催化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则是这个循环中的任何一个环节的产物。如下图中，MoO3是该反应的催化剂，图中剩余的三种含Mo物质均为中间产物： 1，2­-丙二醇脱氧脱水反应 的催化循环机理 典例研析 例1 光照条件下，甲烷氯化反应是一个自由基型的取代反应。在链转移反应过程中，经历两步反应(·CH3和Cl·分别表示甲基和氯原子)，反应1：CH4(g)＋Cl·(g)―→·CH3(g)＋HCl(g)；反应2：·CH3(g)＋Cl2(g)―→ CH3Cl(g)＋Cl·(g)。各物质的相对能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) D 典例研析 A．链转移反应的反应速率由反应1决定 B．反应1的活化能Ea＝16.7 kJ·mol-1 C．链转移反应的反应热ΔH＝－105.4 kJ·mol-1 D．由图可知，过渡态的稳定性：1>2 典例研析 【解析】 化学反应的快慢取决于化学反应速率小的一步反应，由题图可知，反应1的活化能大于反应2的活化能，则反应1的反应速率小于反应2的，链转移反应的反应速率由反应1决定，故A正确；由题图可知，反应1的活化能Ea＝16.7 kJ·mol-1，故B正确；由题图可知，链转移反应的反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，反应热ΔH＝ －105.4 kJ·mol-1，故C正确；由题图可知，过渡态1的能量高于过渡态2，则过渡态2的稳定性强于过渡态1，故D错误。 类型二　化学反应机理分析 角度2：反应历程图中活化能的分析 热催化合成氨面临的难题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应过程如图所示(其中吸附在催化剂表面上的物质用*标注)。 类型二　化学反应机理分析 (1)图中过程①是氮气分子吸附在催化剂表面的过程，N2分子中的氮氮三键没有断裂。 (2)过程①②③是吸附断键的过程，需要提高化学反应速率，故在高温区进行；过程④⑤是氮原子的传递和合成氨的过程，需要提高合成氨的产率，使合成氨反应(放热反应)平衡正移，故在低温区进行。 (3)过程②活化能最大(拆开氮氮三键)，为合成氨反应的决速步骤。 典例研析 D 典例研析 A．1，2-加成产物比1，4-加成产物稳定 B．与0 ℃相比，40 ℃时1，3-丁二烯的转化率增大 C．从0 ℃升至40 ℃，1，2-加成正反应速率增大，1，4-加成正反应速率减小 D．从0 ℃升至40 ℃，1，2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度 典例研析 【解析】 1，4-加成产物的能量比1，2-加成产物的能量更低，能量越低越稳定，所以1，4-加成产物比1，2-加成产物稳定，故A错误；根据反应过程和能量关系图可知，此反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，转化率减小，故B错误；温度升高，各反应的正、逆反应速率均增大，故C错误；温度升高，反应的正、逆反应速率都增大，根据题干信息可以看出1，2-加成产物的产量减小，所以1，2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，故D正确。 巩固与变化 1．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)―→NO(g)＋O(g) 第三步：O(g)＋O3(g)―→2O2(g) 总反应：2O3(g)―→3O2(g) 巩固与变化 其能量与反应过程的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．三步反应的ΔH均小于0 B．第一步反应的速率最大 C．第二步反应断裂的化学键只有共价键 D．NO改变了总反应的反应历程和焓变 C 巩固与变化 【解析】 由题图可知，第一步和第二步反应均为吸热反应，ΔH大于0，A错误；由题图可知，第一步反应的活化能最大，第一步反应的速率最小，B错误；第二步反应为NO2(g)―→NO(g)＋O(g)，反应断裂的化学键只有共价键，C正确；NO为该反应的催化剂，只能改变总反应的反应历程，不能改变总反应的焓变，D错误。 巩固与变化 2．[2023·嘉兴一中检测]工厂的氨氮废水可用电化学催化氧化法加以处理，其中NH3在电极表面的氧化过程的微观示意图如图所示： 下列说法不正确的是(　　) A．过程①②均有N—H断裂 C．过程④中有非极性键形成 D．催化剂可以降低该反应的活化能 B 巩固与变化 【解析】 由图可知，NH3在过程①中转化为NH2，NH2在过程②中转化为NH，则过程①②均有N—H断裂，A正确；由图可知，NH失去电子结合OH－，转变为N和H2O，则过程③的电极反应式为NH－e－＋OH－===N＋H2O，B错误；过程④中形成N≡N，则过程④中有非极性键形成，C正确；使用催化剂可以改变反应历程，可以降低反应活化能，增大反应的速率，D正确。 巩固与变化 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(　　) 甲 乙 D 巩固与变化 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 巩固与变化 课后请完成高效作业6 感谢聆听，再见！ 例2 1，3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H＋进攻1，3-丁二烯生成碳正离子()；第二步Br－进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应过程中的能量变化如图所示。已知在0 ℃和40 ℃时，1，2-加成产物与1，4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是(　　) B．过程③的电极反应式为NH－e－＋OH－===N＋H2O D．为了实现转化，需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O 【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；由题干图示分析可知，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；反应过程中Pt2O＋是催化剂，Pt2O是中间产物，不需要补充，故D错误。 $$