2026届高三化学一轮复习 第24讲 化学反应中的能量变化与反应机理 课件

第24讲　 化学反应中的能量变化与反应机理 (2024全国甲卷)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯（C3H6）的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题： （1）已知如下热化学方程式： ∆H=3∆H1 +∆H2 = -29×3+20= -67kJ·mol-1。 【真题导入】 (2024安徽卷)某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应：X(g) ⇌Y(g) (ΔH1<0)，Y(g) ⇌Z(g) (ΔH2<0)，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是（ ） A B C D B 【真题导入】 (2022·山东卷)在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) D A.含N分子参与的反应一定有电子转移 B.由NO生成HONO的反应历程有2种 C.增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变 D.当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少 【真题导入】 2024湖南卷-18题 原理题中利用盖斯定律计算未知反应的焓变 2024上海卷-8题 利用盖斯定律计算未知反应的焓变 2024安徽卷-17题 原理题中利用盖斯定律计算未知反应的焓变 2024甘肃卷-10题 利用活化能求反应的焓变 2024甘肃卷-17题 根据热化学方程式进行计算，求反应吸收或者放出的热量 2024黑吉辽卷-18题 利用盖斯定律计算未知反应的焓变 2024河北卷-17题 原理综合题：考察活化能，反应热与活化能E正和E逆关系 2024浙江卷-19题 原理综合题：催化剂、反应机理与活化能的综合，结合活化能的大小找好决速步骤，同时应知道催化剂的多少也影响反应速率 2024吉林卷-18题 原理综合题：考察催化剂，达平衡前催化剂提高反应速率提高转化率，达平衡后加入催化剂则对转化率没有作用 2024安徽卷-10题 选择题：考察反应机理与活化能，活化能与反应速率之间的关系，吸放热的图像对比 2024江苏卷-5题 选择题：考察催化剂，催化剂的作用就是加快反应速率，原因是降低活化能，而与反应热没有关系 2024吉林卷-17题 实验大题：考察催化剂， 催化剂的判断及优缺点分析 2024年—化学反应过程中的能量变化与反应机理考点统计 【考点统计】 1、反应热和焓变 (2)焓变(ΔH)：ΔH＝________________ ，单位kJ·mol－1。 (3)反应热：指当化学反应在一定压强下进行时，反应所放出或吸收的热量， 通常用符号Q表示，单位kJ·mol－1。 (4)焓变与反应热的关系：对于恒压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有____________。 (1)焓(H)：用于描述物质____________的物理量。 所具有能量　 物质的能量越低(或焓越小)越稳定。 【考点梳理】 考点1 化学反应中的能量变化 H(生成物)－H(反应物) ΔH＝Qp ★计算反应热模型构建 【模型建构】   放热反应 吸热反应 常见反应 ①可燃物的燃烧 ②酸碱中和反应 ③金属与酸的置换反应 ④物质的缓慢氧化 ⑤铝热反应 ⑥大多数化合反应 ①弱电解质的电离 ②盐类的水解反应 ③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 ④C和H2O(g)、C和CO2的反应 ⑤大多数分解反应 【考点梳理】 (均为化学反应) 2、吸热反应和放热反应 3、热化学方程式 (1)概念 表示参与化学反应的物质的__________和________的关系的化学方程式。 (2)意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 例如：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，表示25 ℃，101 kPa下， ___________________________________________________________。 物质的量 反应热 2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量 每摩尔反应 【考点梳理】 N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 【注意】“可逆反应”的H——表示完全反应对应的反应热 (3)热化学方程式的书写 【考点梳理】 (1)含义：在25℃和101kPa下， 酸与 碱的 溶液发生中和反应 生成 水时放出的热量，约为57.3 kJ。 例： 强 强 稀 4、中和热 NaOH(aq)＋1/2H2SO4(aq)=1/2Na2SO4(aq) +H2O(l)ΔH＝－57.3 kJ·mol－1　 中 和 热 1mol (2)测定原理 ΔH＝－。 【师说·助学】公式中的物理量： c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1； n为生成H2O的物质的量。稀溶液的密度用1 g·mL－1进行计算。 【考点梳理】 实验装置 实验步骤 ①测量并记录反应前体系的温度t1(℃) (分别测量盐酸温度和NaOH溶液温度，取平均值) ②测量并记录反应后体系的温度t2(℃)(记录反应后体系的最高温度) ③重复步骤①②两次 ④数据处理:取三次测量所得温度差的平均值计算。 生成1mol H2O时放出的热量为 kJ 实验结论 大量实验测得,在25℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成 1mol H2O时,放出 57.3kJ的热量 (3)实验装置、步骤 (回归教材) 【考点梳理】 ★为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量。 含义：101kPa时， 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量； 例：C的燃烧热 5、燃烧热 1 mol C(s)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1　 ★燃烧热中常考的指定产物： C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)，N→N2(g)等。 燃 烧 热 ★注意燃烧热的热化学方程式的书写！ 【考点梳理】 ★细说描述燃烧热的两种方式： ①H2(g)的燃烧热为286 kJ·mol－1；②H2(g)的燃烧热ΔH＝－286 kJ·mol－1。 1、基元反应 (1)概念：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应都称为基元反应。 【考点梳理】 考点2 反应机理 例如：总反应：2HI = H2 + I2 第一步：2HI → H2 + 2I · 第二步： 2I · → I2 其中 I·自由基、H·自由基。自由基反应活性很强，寿命极短。 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 。 反应历程 反应机理 催化剂 势能图像 机理图像 再比如乙醇催化氧化（如下所示）就是典型的由基元反应组成的化学反应。 【疑难突破】 中间产物 15 2、过渡态理论 如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。 (1)该反应的反应物为A、B，中间体为C，生成物为D。 (2)由A、B生成C的反应为吸热反应，由C生成D的反应 为____热反应，总反应为放热反应。 (3)第一步为____(填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为____反应， 决定总反应快慢的是慢反应。 放 慢 快 【考点梳理】 3、催化剂与活化能 ★催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，改变反应历程，生成能量更低的中间产物，降低了达到过渡态所需要的活化能，使反应速率加快。 反应A＋B→AB的活化能为________。 加入催化剂K后，反应分两步进行： ①A＋K→AK　活化能为Ea1(慢反应) ②AK＋B→AB＋K　活化能为Ea2(快反应) 总反应方程式：A＋BAB，反应活化能(能垒)为____。 Ea Ea1 【考点梳理】 决定整个反应的快慢 催化剂 反应历程 活化能 反应速率 达到平衡的时间 反应效率 五变 五不变 平衡状态 反应限度 平衡常数 焓变(∆H) 平衡转化率 【疑难突破】 ★分析催化剂的思维模型 反应物 催化剂及条件 产物 CO+H2 催化剂：Cu-Zn-O，Zn-Cr-O， 温度：573K,压强：1.0133×107Pa 甲醇 催化剂：Ni，温度：573K， 压强1.0133×107Pa 甲烷 【疑难突破】 ★催化剂的特点 ①催化剂的选择性 ②催化剂的活性 产物不同 速率不同 19 ★速率方程：对于基元反应aA＋bB= gG＋hH，其速率方程可写为v＝__________ . (其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)。 k·ca(A)·cb(B) ★速率常数与化学平衡常数的关系 已知反应aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)，反应速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)， 当v正＝v逆时，反应达到平衡，即k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cc(C)，故＝＝K。 4、速率方程与速率常数 【考点梳理】 势能图像 解读 (1)焓变(ΔH)与活化能的关系，反应的吸、放热情况 (2)过渡态、中间产物的判断 (3)决速步骤的判断 (4)使用催化剂后反应的“变”与“不变” 【考点梳理】 5、反应历程图像分析 环形反应历程图 解读 “环上”的物质一般是催化剂或中间体， “入环”的物质为反应物， “出环”的物质为生成物，可快速得出总反应 【考点梳理】 梯形反应历程图 解读 (1)多相催化：一般包括扩散、吸附、反应、脱附、扩散等过程。 (2)基元反应的判断 (3)决速步骤的判断及方程式书写 (4)反应的吸、放热情况 【考点梳理】 1、(2023·湖南卷)已知下列反应的热化学方程式： ①C6H5C2H5(g)＋O2(g)=8CO2(g)＋5H2O(g)　 ΔH1＝－4 386.9 kJ·mol－1 ②C6H5CH=CH2(g)＋10O2(g)=8CO2(g)＋4H2O(g)　 ΔH2＝－4 263.1 kJ·mol－1 ③H2(g)＋O2(g)=H2O(g) ΔH3＝－241.8 kJ·mol－1 计算反应④C6H5C2H5(g)⇌C6H5CH= CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝________ kJ·mol－1。 ＋118 【典例分析】 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＋3C.该过程有非极性键的形成D.该过程的总反应式：4NH3－2e－= N2H4＋2NH4＋ 2、(2023·湖南卷)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。 B 【典例分析】 3、(2022·浙江6月)标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表： 可根据HO(g)＋HO(g)=H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1。 下列说法不正确的是(　　) A．H2的键能为436 kJ·mol－1 B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍 C．解离氧氧单键所需能量：HOO<H2O2 D．H2O(g)＋O(g)=H2O2(g) ΔH＝－143 kJ·mol－1 物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O 能量/(kJ·mol－1) 249 218 39 10 0 0 －136 －242 C 【典例分析】 4、(2023·新课标卷)合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N2*表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为_______(填步骤前的标号)，理由是_______。 断开化学键的步骤都需要吸收能量， 由于N≡N的键能比H-H键的大， 因此，速率控制步骤为(ⅱ) (ⅱ ) 【典例分析】 5、(2021·湖南卷)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 催化剂 【典例分析】 6、(2018年全国Ⅱ卷)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表： 积碳反应CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH/(kJ·mol−1) 75 172 活化能/(kJ·mol−1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是_________________。 劣于，相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大。 【典例分析】 $$