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[陌点拓展] 基元反应 过渡态理论
1.一定条件下,CH3CH===CH2与HCl发生反应有①、②两种可能,反应进程中的能量变化如图所示。保持其他条件不变,若要提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例,可采用的措施是( )
a.适当提高反应温度 b.改变催化剂
c.适当降低反应温度 d.改变反应物浓度
A.ab B.ad
C.bc D.bd
解析:选A。若要提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例,则要让反应①更容易发生,反应①的活化能更大,可以升高温度,使反应物更容易转化为活化分子,加入催化剂,降低反应①的活化能,使反应①更容易发生,ab正确。
2.HBr对CH3CH===CH2亲电加成分两步:HBr首先对CH3CH===CH2质子化,形成CH3CH2CH、(CH3)2CH+两种中间体和Br-,然后中间体分别与Br-结合生成CH3CH2CH2Br、(CH3)2CHBr两种产物。这两种竞争反应路径的能量(G)变化如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.两种路径中的第一步质子化均是整个反应的决速步
B.加成产物主要以1溴丙烷为主,这是动力学与热力学共同控制的结果
C.(CH3)2CH+比CH3CH2CH更稳定,并且相应的质子化的活化能也更低
D.温度升高时,该反应的正反应速率增大程度小于逆反应速率增大程度
解析:选B。由题干图示信息可知,两种路径中的第一步质子化的活化能均比第二步的大,活化能越大,反应速率越慢,慢反应是整个反应的决速步骤,A正确;由于加成反应生成2溴丙烷比生成1溴丙烷更容易,则加成产物主要以2溴丙烷为主,这是热力学控制的结果,B错误;由题干图示信息可知,(CH3)2CH+具有的总能量比CH3CH2CH低,能量越低越稳定, (CH3)2CH+比CH3CH2CH更稳定,并且相应的质子化的活化能也更低,C正确;由题干图示信息可知,该反应正反应是一个放热反应,则有正反应的活化能比逆反应的低,故温度升高时,该反应的正反应速率增大程度小于逆反应速率增大程度,D正确。
3.(双选)乙烯醇(CH2===CHOH)是一种短暂的中间体在化学届很早就达成了共识,但直到1976年才有文献报道用实验的方法观察到其存在,现代化学计算表明乙烯醇转变为乙醛(CH3CHO)的异构化过程的能量变化如图所示,下列说法错误的是( )
A.CH3CHO比CH2===CHOH稳定
B.使用催化剂不能改变反应的焓变
C.该异构化反应的ΔH=+236.6 kJ·mol-1
D.正反应的活化能大于逆反应的活化能
答案:CD
4.(2024·安徽高考)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( )
解析:选B。由题图可知,生成Y的速率大于生成Z的速率,则第一步反应的活化能比第二步反应的活化能小,C项、D项错误;结合ΔH1、ΔH2均小于0可知,两步反应均为放热反应,故反应物总能量高于生成物总能量,则能量:X>Y>Z,A项错误,B项正确。
5.氢气和氯气反应生成盐酸的化学动力学过程异常复杂。现代科学研究表明,氢气和氯气的反应由以下4个步骤组成:
Cl2―→2Cl·k1 Ea1=+242 kJ·mol-1
Cl·+H2―→HCl+H·k2 Ea2=+23 kJ·mol-1
H·+Cl2―→HCl+Cl·k3 Ea3=+13 kJ·mol-1
2Cl·―→Cl2k4 Ea4=0
这四个步骤都是基元反应,已知:①对基元反应aA+bB===dD的速率k满足k=k′·ca(A)·cb(B);②在推导反应速率时,我们可以假设某些高活性物质(比如自由基)的浓度保持不变,即其生成速率和消耗速率近似相等。
下列说法错误的是( )
A.氢气与氯气反应的活化能不等于氢气和氯气键能之和
B.若氯气浓度不变,氢气浓度变成原来的2倍,则生成氯化氢的速率变成原来的2倍
C.若氢气浓度不变,氯气浓度变成原来的2倍,则生成氯化氢的速率不变
D.加入某些可以和自由基结合的物质可以降低反应速率
解析:选C。活化能是指化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量,反应物键能=反应物总能量,氢气与氯气反应的活化能不等于氢气和氯气键能之和,A正确。
6.(2025·湖南长沙一模)HClO4分子在FC(氟化石墨烯)表面可能沿下列反应历程进行分解,即该反应历程为酸根路径:HClO4ClOClxOy(x=1~2,y=0~2),其分解的各基元反应能量曲线如下图所示(TS表示过渡态),下列说法不正确的是( )
A.该反应历程的第一步反应为吸热反应
B.该反应历程的控速步骤为GS1→GS2
C.GS3比GS2稳定
D.随着HClO4分子的不断分解,O原子在FC表面的覆盖度升高,对后续的分解反应会产生影响
解析:选B。由于GS1的能量比GS2低,第一步反应的ΔH>0,即该步反应是吸热反应,A正确;该反应历程总共由4个基元反应构成,其活化能分别为E1=1.675 eV,E2=2.071 eV,E3=1.313 eV,E4=1.369 eV,所需活化能越高,其反应速率越低,因此决定总反应速率的步骤为第二步,B错误;由图可以看出,GS3的能量比GS2的能量低,能量越低越稳定,则GS3更稳定,C正确;随着HClO4分子的不断分解,O原子不断积累,使基元反应生成物的量不断增多,平衡向逆反应方向移动,对后续的分解反应产生影响,D正确。
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