专项01 反应速率与反应历程（微专项课件）化学人教版2019选择性必修1

第2章 化学反应速率与化学平衡 专项01　 反应速率与反应历程 人教版2019选择性必修1 与反应历程相关的概念和理论 1 内容导航 “能量-历程型”反应机理及分析 2 3 “物质-循环型”反应机理分析 知识导航 01 与反应历程相关的概念和理论 1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中每一步反应都称为基元反应。 一、与反应历程相关的概念和理论 2HI→H2+2I·2I·→I2 例如，2HI==H2+ I2实际上是经过下列两步反应完成的： 基元反应 第一步 第二步 带有单电子的原子或原子团叫自由基 2.反应历程：这两个先后进行的基元反应反映了2HI==H2+ I2的反应历程。反应历程又称反应机理。 基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。由几个基元反应组成的总反应也称为复杂反应。 释·要点精讲 一、与反应历程相关的概念和理论 反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应。 第一步： 2HI → 2I• + H2 第二步： 2I• → I2 总反应：2HI = H2 + I2 假设反应：A2＋B=A2B是分两个基元步骤完成的 第一步 A2＋c→2A (慢反应) 第二步 2A+B→A2B+c (快反应) 总反应速率的快慢由慢反应决定 3.慢反应：活化能最大的基本反应,决定了整个复杂反应的反应速率,称为“决速步”或“控速步”，是慢反应。 释·要点精讲 4.过渡态理论 (1)过渡态：基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态. 一、与反应历程相关的概念和理论 过渡态 终态 始态 反应的过程 AB＋C→[A…B…C]→A＋BC 反应物　 过渡态　　 产物 (2)过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。 释·要点精讲 4.活化能 (1)活化能:活化分子的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差(碰撞理论)。 一、与反应历程相关的概念和理论 a：断开反应物化学键所吸收的能量（正反应的活化能） b：形成生成物化学键所释放的能量（逆反应的活化能） c：该反应的反应热（注意符号） c=a-b a又被称为“能垒” 释·要点精讲 4.活化能 (2)活化能是从低能态“爬坡”到高能态的能垒,活化能最大的步骤,决定了整个反应过程的反应速率。 一、与反应历程相关的概念和理论 (4)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大,速率就越慢。活化能最大的基本反应,决定了整个复杂反应的反应速率,称为“决速步”或“控速步”。 (3)多步反应的活化能及与速率的关系 多步反应的活化能：一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)，而该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值，没有实际物理意义。 释·要点精讲 5.催化剂的催化机理： （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。 一、与反应历程相关的概念和理论 （2）催化反应一般过程(简化的过程)：扩散→吸附→反应→解吸(脱附) 释·要点精讲 5.催化剂的催化机理： 一、与反应历程相关的概念和理论 （3）用不同催化剂催化化学反应,催化剂使能垒降低幅度越大,说明催化效果越好。 催化剂 不能改变化学反应焓变 不能改变化学平衡常数 不能影响化学平衡移动 不能改变平衡转化率 能改变化学反应的历程 能降低反应活化能 能加快化学反应速率 能改变原料的转化率 释·要点精讲 一、与反应历程相关的概念和理论 【典例1】 科学家结合实验与计算机模拟结果,研究出了均相催化的思维模型。总反应:A+B→AB(K为催化剂),反应①A+K→AK　Ea1,反应②AK+B→AB+K　Ea2。下列说法错误的是 (　 ) A.第①步为决速步骤 B.升高温度,该反应的速率加快 C.该反应的ΔH=-Ea kJ·mol-1 D.催化剂降低了活化能,加快了反应速率 C 究·典例精析 微提醒 信息解读 一、与反应历程相关的概念和理论 思路引导 分析步骤 1.通览全图→理清坐标含义 　 能量变化图的横坐标表示反应的历程,横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段;纵坐标表示能量的变化;分清反应物和目标产物 2.细看变化→分析各段反应 　 仔细观察曲线(或直线)的变化趋势,分析每一阶段发生的反应是什么,找出各步反应历程的反应物和生成物,各阶段反应是放热还是吸热,能量升高为吸热,能量下降为放热;找出反应的活化能 3.综合分析→作出合理推断 综合分析所有反应历程,确定总反应的反应物、生成物、中间产物、循环物质等,整合各项信息,紧扣题目要求,作出合理判断。如催化剂只改变反应的活化能,但不改变反应热,也不会改变反应物的转化率 释·要点精讲 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 12 一、与反应历程相关的概念和理论 【典例2】 (不定选) 反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示: 下列有关四种不同反应进程的说法正确的是 ( 　) A.进程Ⅰ是放热反应 B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用 AD 究·典例精析 02 “能量-历程型”反应机理及分析 二、“能量-历程型”反应机理及分析 1.物质的能量变化及稳定性的判断 (1)物质的能量变化:根据反应物和生成物的总能量的相对高低,判断吸热反应和放热反应;根据物质具有能量或共价键的键能确定反应热(ΔH)。 (2)物质稳定性的判断:先确定物质具有能量的相对高低,一般情况,物质具有的能量越低,其稳定性越强。 释·要点精讲 二、“能量-历程型”反应机理及分析 【典例3】 我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正= ________ eV,写出该步骤的化学方程式: ______________________________________________ 。  小于 2.02 COOH*+H*+H2O*=COOH*+2H*+OH*(或H2O*=H*+OH*) 根据图示，正反应活化能的最大值为1.86-(-0.16)=2.02 eV 究·典例精析 二、“能量-历程型”反应机理及分析 2.化学反应速率的比较 (1)若化学反应分为多个基元反应,一般来说,活化能(Ea)越大,反应物到达过渡态就越不容易，基元反应的反应速率越慢,反之则反应速率越快。 (2)多步反应中,整个反应的总反应速率由慢反应步骤决定。 思路引导 分析步骤 　1.通览全图→判断反应类型 　由图示知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高,即该反应为放热反应 　2.细看变化→分析各段反应 　仔细观察图像,产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低,物质的能量越低越稳定 　3.综合分析→作出合理推断 　由图示知,中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,活化能越大反应速率越慢,慢反应为总反应的决速步骤 释·要点精讲 【典例4】 [2025年河北高考真题]氮化镓（GaN）是一种重要的半导体材料，广泛应用于光电信息材料等领域，可利用反应制备。反应历程（TS代表过渡态）如下： 下列说法错误的是( ) A.反应ⅰ是吸热过程 B.反应ⅱ中脱去步骤的活化能为2.69 eV C.反应ⅲ包含2个基元反应 D.总反应的速控步包含在反应ⅱ中 D 二、“能量-历程型”反应机理及分析 究·典例精析 3.能垒与催化剂 二、“能量-历程型”反应机理及分析 （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。 （2）用不同催化剂催化化学反应,催化剂使能垒降低幅度越大,说明催化效果越好。  （3）催化反应一般过程(简化的过程)：扩散→吸附→反应→解吸(脱附) 释·要点精讲 二、“能量-历程型”反应机理及分析 【典例5】 (2023·广东)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是 A.使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行 B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大 C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡 D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 C 究·典例精析 二、“能量-历程型”反应机理及分析 【典例6】 [2025年河南高考真题]在催化剂a或催化剂b作用下，丙烷发生脱氢反应制备丙烯，总反应的化学方程式为，反应进程中的相对能量变化如图所示（*表示吸附态，中部分进程已省略）。 下列说法正确的是( ) A.总反应是放热反应 B.两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同 C.和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定 D.①转化为②的进程中，决速步骤为 C 究·典例精析 微提醒 信息解读 思路引导 分析步骤 　1.通览全图→判断反应类型 　由图示知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高,即该反应为放热反应 　2.细看变化→分析各段反应 　仔细观察图像,产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低,物质的能量越低越稳定 　3.综合分析→作出合理推断 　由图示知,中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,活化能越大反应速率越慢,慢反应为总反应的决速步骤 二、“能量-历程型”反应机理及分析 释·要点精讲 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 22 【典例7】 (2023河北，节选)我国科学家研究了水溶液中三种催化剂（a、b、c）上N2电还原为NH3（图1）和H2O电还原为H2（图2）反应历程中的能量变化，则三种催化剂对N2电还原为NH3的催化活性由强到弱的顺序为 　 　（用字母a、b、c排序）。 b、a、c 主反应： N2电还原为NH3 副反应： H2O电还原为H2 a b c Ea 0.7 0.5 0.9 a b c Ea 0.22 0.34 0.18 c:0.9eV a:0.7eV b:0.5eV b:0.34eV a:0.22eV c:0.18eV 二、“能量-历程型”反应机理及分析 究·典例精析 03 “物质-循环型”反应机理及分析 三、“物质-循环型”反应机理及分析 1.循环转化机理图像的解读 对于“环式”反应进程图像,位于“环上”的物质是催化剂或中间体,如⑤⑥⑦和⑧,“入环”的物质为反应物,如①和④,“出环”的物质为生成物,如②和③ （1）循环图中流入的箭头对应的物质一般为原料，流出的箭头对应的物质为产物； （2）参与循环的物质中，最靠近原料的物质一般为催化剂，其他物质一般为反应的中间体。 释·要点精讲 三、“物质-循环型”反应机理及分析 2.循环转化机理题的解题思路 宏观分析：根据题干提示总反应信息，物质进出信息判总反应，关注未出现在总反应中的物质。 微观分析：根据微粒结构变化判断化学键变化，根据成键数及配离子总电荷数及成键原子或配体的变化判断中心离子化合价变化。 （1）分析时要做到宏微结合 (2)通览全图,找准一“剂”三“物” 释·要点精讲 三、“物质-循环型”反应机理及分析 2.循环转化机理题的解题思路 (2)通览全图,找准一“剂”三“物” 一“剂”指 催化剂 　催化剂在机理图中多数是以完全的循环显现的,以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上 三“物”指反 应物、生成物、 中间物(或 中间体) 反应物 　通过一个箭头进入全部历程的物质是反应物 生成物 　通过一个箭头终究脱离全部历程的物质一般多是产物 中间体 　通过一个箭头脱离全部历程,但又生成的是中间体,通过两个箭头进入全部历程的中间物质也是中间体,中间体有时在反应历程中用“[　]”标出 释·要点精讲 三、“物质-循环型”反应机理及分析 2.循环转化机理题的解题思路 (3)逐项分析得答案:根据第一步由题给情境信息,找出催化剂、反应物、生成物、中间体,再结合每一选项设计的问题逐项分析判定,选出正确答案。 释·要点精讲 C 三、“物质-循环型”反应机理及分析 【典例8】铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]-可催化甲醇羰基化,反应过程如图所示。下列叙述错误的是 (　 ) A.CH3COI是反应中间体 B.甲醇羰基化反应为CH3OH+CO=CH3CO2H C.反应过程中Rh的成键数目保持不变 D.存在反应CH3OH+HI=CH3I+H2O 究·典例精析 三、“物质-循环型”反应机理及分析 【典例9】(不定选)铁的配合物离子 (用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理 和相对能量的变化情况如图甲和乙所示: 下列说法错误的是 ( 　) A.该过程的总反应为HCOOH CO2↑+H2↑ B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低 C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化 D.该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定 CD 究·典例精析 微提醒 信息解读 三、“物质-循环型”反应机理及分析 图像 解读 　对于“环式”反应进程图像,位于“环上”的物质是催化剂或中间体,如⑤⑥⑦和⑧,“入环”的物质为反应物,如①和④,“出环”的物质为生成物,如②和③ 参与循环的物质中，最靠近原料的物质一般为催化剂，其他物质一般为反应的中间体。 释·要点精讲 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 31 【演练1】 臭氧层中臭氧分解过程如图所示,下列说法正确的是( 　) A.催化反应①②均为放热反应 B.E1是催化反应①对应的正反应的活化能,E2+ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能 C.决定O3分解反应速率的是催化反应② D.温度升高,总反应的正反应速率的增加幅度小于 逆反应速率的增加幅度,且平衡常数增大 C 练·变式演练 【演练2】活泼自由基与氧气的反应一直是人们关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是 (　 ) A.该反应为吸热反应 B.产物的稳定性:P1>P2 C.该历程中最大正反应的活化 能E正=186.19 kJ·mol-1 D.相同条件下,由中间产物Z转化为 产物的速率:v(P1)<v(P2) C 练·变式演练 【演练3】 [2024·重庆八中模拟] 工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,下图是反应历程及相对能量变化,历程中的所有物质均为气态。下列说法正确的是 (　 ) A.反应中氨气被氧化 B.若ΔE1=66 kJ·mol-1,则ΔE2=240.5 kJ·mol-1 C.该反应的速率控制步骤对应的反应热是ΔH=+36.8 kJ·mol-1 D.历程中,N 原子杂化方式不变 B 练·变式演练 【演练4】 某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放,一定条件下该反应(均为气体)经历三个基元反应阶段,反应历程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是 (　 ) A.提高反应温度,逆反应速率增加最大的是反应① B.使用催化剂可以降低反应的活化能,提高活化分子百分数,提高反应物的平衡转化率 C.该化学反应的速率主要由反应③决定 D.该过程的总反应为2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-620.9 kJ·mol-1 D 练·变式演练 【演练5】 工业上在催化剂的作用下,CO可以合成甲醇,用计算机模拟单个CO分子合成甲醇的反应过程如图。下列说法正确的是 ( 　) A.反应过程中有极性键的断裂和形成 B.反应的决速步骤为Ⅲ→Ⅳ C.使用催化剂降低了反应的ΔH D.反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g)　ΔH=-1.0 eV·mol-1 A 练·变式演练 【演练6】N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(II)催化剂（用[L－Ru－NH3]＋表示）能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如图所示。 下列说法错误的是( ) A.Ru(II)被氧化至Ru(III)后，配体 NH3失去质子能力增强 B.M中Ru的化合价为+3 C.该过程有非极性键形成 D.该过程的总反应式： 4NH3－2e－＝N2H4＋2NH4+ B 练·变式演练 【演练7】 （2025·北京卷）乙烯、醋酸和氧气在钯( )催化下高效合成醋酸乙烯酯( )的过程示意图如下。 下列说法不正确的是 A．①中反应为 B．②中生成 的过程中，有 键断裂与形成 C．生成总反应的原子利用率为 D． 催化剂通过参与反应改变反应历程，提高反应速率 C 练·变式演练 【演练8】 （2025·河南卷）在负载的催化剂作用下，可在室温下高效转化为，其可能的反应机理如图所示。 下列说法错误的是 A．该反应的原子利用率为 B．每消耗可生成 C．反应过程中，和的化合价均发生变化 D．若以为原料，用吸收产物可得到 B 练·变式演练 感谢 您的聆听 THANKS 人教版2019选择性必修1 https://www.zxxk.com/user/13354804 $$