第2章 第1节 第3课时 活化能（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

本讲义聚焦“活化能”核心知识点，系统梳理基元反应与反应历程的关系，通过有效碰撞理论阐释活化分子、活化能的内涵及与反应速率的关联，构建反应物、生成物能量与活化能的关系模型，并以碰撞理论为支架分析浓度、温度、压强、催化剂对反应速率的微观影响机制。 资料以新课标核心素养为导向，通过“教材挖掘”深化化学观念，结合能量关系图、反应历程图培养科学思维中的模型认知与证据推理能力。题组设计涵盖基础判断（正误辨析）、高考真题改编（如2024黄冈月考）及综合应用（多步反应机理分析），分层递进助力学生构建知识网络。课中辅助教师突破微观机理教学难点，课后通过典型例题与解析帮助学生查漏补缺，强化知识应用能力。

第3课时　活化能 学习目标 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.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 3.能用有效碰撞理论说明外界条件改变对化学反应速率的影响。 知识点一　基元反应　碰撞理论 1.基元反应 （1）基元反应 大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，其中每一步反应都称为基元反应。如2HIH2＋I2的两步基元反应为2HIH2＋2I·、　2I·I2　。 （2）反应机理 先后进行的　基元反应　反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。 （3）基元反应发生的先决条件 反应物的分子必须发生　碰撞　，但并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生化学反应。 2.有效碰撞 3.活化分子和活化能 4.反应物、生成物的能量与活化能的关系（如图） 图中E1表示　正反应的活化能　，E2表示活化分子变成生成物分子　放出的能量　，即　逆反应的活化能　，　E1－E2　表示反应热。 【教材挖掘】 教材中描述“在化学反应的过程中，反应物分子必须具备一定的能量，碰撞还要有合适的取向”。根据这一点分析活化能大的反应为什么不容易发生？ 提示：活化能大时，反应物分子不容易成为活化分子，因此发生有效碰撞的概率很小，反应不易发生。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）活化分子间的碰撞一定是有效碰撞。（　×　） （2）发生有效碰撞的分子一定是活化分子。（　√　） （3）有效碰撞次数越多，反应速率不一定越快。（　×　） （4）当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应。（　√　） 2.（2024·黄冈高二月考）一定条件下，CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列有关说法错误的是（　　） A.该反应为吸热反应 B.该反应过程共分4步进行 C.第三步的正反应活化能最小 D.第二步反应的ΔH2小于第三步反应的ΔH3 解析：D　反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，A正确；反应过程中4个H原子逐步失去，故共分4步进行，B正确；由图像可知，第三步的正反应活化能最小，C正确；由图像可知，第二步反应的ΔH2大于0，第三步反应的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D错误。 3.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应通过三步基元反应实现：①Ce4＋＋Mn2＋Ce3＋＋Mn3＋；②Ce4＋＋Mn3＋Ce3＋＋Mn4＋；③Ti＋＋Mn4＋Ti3＋＋Mn2＋。由此可知： （1）Mn2＋反应前后都存在，是该反应的催化剂　。 （2）该反应的中间体有　Mn3＋ 、Mn4＋　。 （3）该反应的总反应方程式为　　2Ce4＋＋Ti＋2Ce3＋＋Ti3＋　　。 （4）三步基元反应的活化能②＞①＞③，则基元反应中最容易发生的是第③（填序号）步。 解析：反应前后存在、反应过程中不存在的物质是催化剂，故Mn2＋为该反应的催化剂，中间体（中间产物）只在反应过程中出现，在初始反应物和生成物中均不存在，故Mn3＋ 、Mn4＋为中间产物。活化能越小，反应越容易发生，基元反应中最容易发生的是第③步。 知识点二　用碰撞理论解释外因对化学反应速率的影响 1.浓度 反应物浓度增大→单位体积内活化分子数　增多　→单位时间内有效碰撞的次数　增加　→化学反应速率　增大　；反之，化学反应速率　减小　。 2.温度 升高温度→活化分子的百分数　增加　→单位时间内有效碰撞的次数　增加　→化学反应速率　增大　；反之，化学反应速率　减小　。 3.压强 转化成浓度对化学反应速率的影响。 增大压强→容器容积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数　增多　→单位时间内有效碰撞的次数　增加　→化学反应速率　增大　；反之，化学反应速率　减小　。 4.催化剂 使用催化剂→改变了反应的历程（如图），反应的活化能　降低　→活化分子的百分数　增加　→单位时间内有效碰撞的次数　增大　→化学反应速率　增大　。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。（　×　） （2）温度不变，减小气体的压强，单位体积内活化分子数减小，化学反应速率一定减小。（　√　） （3）升高温度，能够增大单位体积内活化分子数目，但不能增大活化分子的百分含量。（　×　） （4）催化剂能降低反应所需的活化能，但ΔH不会发生变化。（　√　） 2.（2025·石家庄高二期中）已知：A＋KAK，AK＋BAB＋K，反应过程中能量变化如图所示。下列说法错误的是（　　） A.催化剂K能降低反应活化能，提高活化分子百分数 B.加入催化剂K后，该反应活化能为E1 C.加入催化剂后，该反应分两步完成，第一步为决速步骤（反应速率最慢的步骤） D.该反应是放热反应，升高温度正反应速率降低，逆反应速率升高 解析：D　催化剂K通过参与化学反应，降低反应的活化能，提高活化分子百分数，A正确；加入催化剂K后，第一步的活化能大于第二步的活化能，该反应活化能为E1，B正确；加入催化剂后，该反应分两步完成，第一步的活化能大于第二步的活化能，第一步反应慢，为决速步骤，C正确；升高温度正、逆反应速率均升高，D错误。 3.（2024·山东部分学校高二月考）在气体参与的反应中，a.增大反应物浓度、b.升高温度、c.增大压强（压缩体积）、d.加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题。 （1）降低反应活化能的是d（填字母，下同）。 （2）增加活化分子百分数的是bd。 （3）未改变活化分子百分数，但能增加单位体积内活化分子总数的是ac。 （4）能增加单位体积内活化分子数的是abcd。 解析：增大反应物浓度，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子总数增大，增大压强，体积减小，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子总数增大，升高温度分子能量增大，加入催化剂降低活化能，均能增加活化分子百分数。 1.化学反应是有历程的，下列有关叙述错误的是（　　） A.所有的化学反应都由多个基元反应构成 B.化学反应不同，反应历程就不相同 C.反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程 D.由多个基元反应构成的化学反应中，其反应活化能大的，反应越慢 解析：A　大多数反应是由多个基元反应构成的，不是所有反应，A错误；化学反应的活化能越大，反应越慢，D正确。 2.（教材改编题）关于化学反应速率和“活化分子”，下列说法正确的是（　　） A.升高温度可降低反应所需活化能，提高活化分子百分数，反应速率加快 B.增大反应物浓度，使单位体积内活化分子数增加，反应速率加快 C.恒容下，对于有气体参加的反应，加入稀有气体使体系压强增大，活化分子数增加，反应速率加快 D.活化分子的碰撞一定是有效碰撞 解析：B　升高反应的温度，不能降低反应所需活化能，A错误；增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数目增加，反应速率加快，B正确；加入稀有气体使体系压强增大，但参与反应的气体浓度不变，反应速率不变，C错误；活化分子间有合适的取向，发生的碰撞才能发生化学反应，D错误。 3.（苏教版习题）若基元反应A2B的活化能为Ea，而2BA的活化能为Ea'。试回答下列问题： （1）加入催化剂后，Ea和Ea'各有何变化？Ea－Ea'有何变化？ （2）加入催化剂后，对Ea和Ea'的影响是否相同？ （3）加入不同的催化剂，对Ea的影响是否相同？ （4）提高反应温度，Ea和Ea'各有何变化？ （5）改变起始浓度后，Ea有何变化？ 答案：（1）Ea和Ea'同时降低相同的值。不变。（2）相同。（3）不同。（4）基本不变。（5）无变化。 解析：（1）加入催化剂后，能改变反应的活化能，同等程度改变正反应和逆反应的活化能，故Ea和Ea'同时降低相同的值；催化剂不能改变焓变，故ΔH＝Ea－Ea'不变。（2）加入催化剂后，能改变反应的活化能，同等程度改变正反应和逆反应的活化能，故对Ea和Ea'的影响相同。（3）加入不同的催化剂，可能对活化能改变的程度不同，故对Ea的影响不同。（4）提高反应温度，反应物的活化能不变，活化分子的数目增多，故Ea和Ea'基本不变。（5）改变起始浓度后，反应物的活化能不变，故Ea不变。 4.（2025·六安高二月考）在化学反应中，能引发化学反应的分子间碰撞称之为有效碰撞，这些分子称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量叫活化能，其单位为kJ·mol－1。请认真观察下图，然后回答问题。 （1）图中反应是放热（填“吸热”或“放热”）反应，该反应的ΔH＝E2－E1　（用含E1、E2的代数式表示）。 （2）已知：H2（g）＋O2（g）H2O（g）　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，该反应的正反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为409.0 kJ·mol－1　。 （3）对于同一反应，图中虚线（Ⅱ）与实线（Ⅰ）相比，活化能降低（填“升高”“降低”或“不变”），对反应热是否有影响？无影响，原因是催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即反应热不改变。 解析：（1）根据图中所示，反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应；反应热ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E2－E1。（2）依据图像能量关系可知，逆反应的活化能＝正反应的活化能－反应的焓变，正反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则逆反应的活化能为167.2 kJ·mol－1－（－241.8 kJ·mol－1）＝409.0 kJ·mol－1。（3） 图中虚线（Ⅱ）与实线（Ⅰ）相比，活化能降低，对反应热没有影响，因为催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即反应热不改变。 题组一　基元反应与反应历程 1.（2025·山东名校联盟高二期中联考）已知某基元反应为2HIH2＋2I·，根据碰撞理论分析，下列示意图中能表示该反应发生有效碰撞的是（　　） 解析：D　根据碰撞理论，能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞，四个选项中只有D选项发生了有效碰撞，生成了H2、I·，即发生了基元反应2HIH2＋2I·，选D。 2.（2025·抚顺一中高二期中）反应2HI（g）I2（g）＋H2（g）实际上是经过了两步反应完成的：①2HIH2＋2I·（慢）；②2I·I2（快）。下列说法错误的是（　　） A.I·的寿命较短 B.步骤②需要吸收能量 C.HI分解过程包含两个基元反应 D.该反应属于分解反应 解析：B　第一步为慢反应，第二步为快反应，则I·的消耗速率大于生成速率，因此I·的寿命较短，A正确；步骤②形成化学键，需要释放能量，B错误；反应①②都是基元反应，C正确；该反应属于分解反应，D正确。 3.（2025·玉溪高二检测）某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图所示。下列叙述正确的是 （　　） A.反应B→C决定总反应速率 B.B为反应的催化剂 C.反应A→B为放热反应 D.图示总反应的焓变为E4－E1 解析：A　反应B→C的正反应活化能最大，反应速率慢，决定总反应的速率，A正确；B先生成后消耗，为中间产物，不是催化剂，B错误；由图可知，反应A→B为吸热反应，C错误；总反应的焓变为正反应的活化能减去逆反应的活化能，ΔH＝－，D错误。 题组二　反应速率理论与活化能 4.（2025·天津三校高二联考）下列有关碰撞理论的说法错误的是（　　） A.能发生有效碰撞的分子一定是活化分子 B.升高温度，可增加单位体积内活化分子数 C.使用催化剂可降低活化能，提高单位体积内活化分子百分数 D.其他条件不变，增大压强，能增大活化分子百分数，从而增大有效碰撞次数 解析：D　活化分子有合适取向的碰撞才是有效碰撞，故能发生有效碰撞的分子一定是活化分子，A正确；升高温度，单位体积内分子总数不变，活化分子百分数增大，单位体积内活化分子数增大，B正确；使用催化剂可降低活化能，单位体积内分子总数不变，活化分子百分数增大，C正确；其他条件不变，增大压强，单位体积内分子总数增大，活化分子百分数不变，D错误。 5.下列说法正确的是（　　） A.图甲中曲线（Ⅱ）可以表示催化剂降低了反应的活化能 B.图乙中HI分子发生了有效碰撞 C.升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来加快化学反应速率的 D.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 解析：A　曲线（Ⅱ）可以表示催化剂降低了反应的活化能，A正确；图乙中HI分子发生碰撞后并未生成新的物质，即碰撞后并未发生化学变化，图乙发生的不是有效碰撞，B错误；升高温度能够使活化分子百分数增大，而增大压强只改变单位体积内活化分子数目，不改变活化分子百分数，C错误；活化能的大小对化学反应前后的能量变化不产生影响，能量变化只与反应物和生成物总能量的相对大小有关，D错误。 6.（2025·湖北新高考协作体高二联考）过渡态理论认为化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2（g）＋CO（g）CO2（g）＋NO（g）的反应历程如下。下列有关说法中正确的是（　　） A.第一步反应需要放出能量 B.活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快 C.第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞 D.该反应的反应速率主要取决于第一步反应 解析：D　第一步反应为慢反应，活化配合物具有高能量，表明反应的活化能大，且第一步反应需要吸收能量，A错误；活化配合物的能量越高，反应的活化能越大，第一步的反应速率越慢，B错误；发生有效碰撞的分子一方面要具有活化分子所具有的最低能量，另一方面发生碰撞需具有一定的方向，所以第二步活化配合物之间的碰撞不一定是有效碰撞，C错误；一个化学反应分多步完成时，该反应的反应速率主要取决于慢反应，即取决于第一步反应，D正确。 题组三　碰撞理论与外界因素对反应速率的影响 7.对于反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），下列说法错误的是（　　） A.升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率增大 B.降低CO的浓度，单位体积内活化分子数目减少，化学反应速率减小 C.使用催化剂，反应活化能降低，化学反应速率增大 D.适当增大压强，活化分子百分数增大，化学反应速率增大 解析：D　适当增大压强，单位体积内活化分子数目增多，化学反应速率增大，但活化分子百分数不变，D项错误。 8.（2025·广东部分名校高二联合检测）改变化学反应的外界条件可以调控生产效率。对于合成氨反应3H2（g）＋N2（g）2NH3（g），下列措施不能改变反应体系内活化分子百分数的是（　　） A.降低体系的温度 B.增大反应物浓度 C.升高体系的温度 D.使用催化剂 解析：B　降低体系的温度，体系内分子能量减少，活化分子百分数减小，A不符合题意；增大反应物浓度，增大了单位体积内活化分子的数目，但是活化分子百分数不变，B符合题意；升高体系的温度，体系内分子能量增加，活化分子百分数增大，C不符合题意；使用催化剂能降低反应的活化能，活化分子百分数增大，D不符合题意。 9.（教材改编题）已知A转化为D和E分步进行：①A（g）C（g）＋2D（g），②C（g）D（g）＋3E（g），其反应过程能量变化如图所示。下列说法错误的是（　　） A.升高温度，Ea1、Ea3均减小，反应速率加快 B.两步反应均为吸热反应 C.使用合适的催化剂可以降低反应的活化能，缩短反应达到平衡所需要的时间 D.第一步是反应的决速步 解析：A　升高温度，反应速率加快，但活化能不变，A项错误；慢反应是反应的决速步，第一步反应的活化能大、反应速率小，是决速步，D项正确。 10.（2025·南京师大附中高二期中）平流层中氯氟烃的光解产物会对臭氧层产生破坏，反应过程如图。下列说法错误的是（　　） A.ΔH＜0 B.反应①是决速步 C.催化剂降低了反应活化能，改变了反应过程 D.总反应为O3＋O·2O2，Cl·和ClO·均为催化剂 解析：D　由题图知，生成物的总能量低于反应物的总能量，反应放热，ΔH＜0，A正确；反应①的活化能是两步中较大的，是决速步，B正确；催化剂降低了反应的活化能，改变了反应历程，加快了反应速率，C正确；由题图知，总反应为O3＋O·2O2，Cl·为催化剂，而ClO·为中间产物，D错误。 11.（1）反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH＝－41 kJ·mol－1，使用固体催化剂M，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量—反应过程如图所示。 用两个化学方程式表示该催化反应历程（反应机理）： 步骤Ⅰ：M＋H2OMO＋H2； 步骤Ⅱ：MO＋COM＋CO2　。 （2）以NH3、CO2为原料生产尿素[CO（NH2）2]的反应历程与能量变化示意图如图： 根据上述反应历程与能量变化示意图，过程第二步反应（填“第一步反应”或“第二步反应”）为决速步。 （3）NaClO溶液加热时转化为NaCl和NaClO3，研究表明反应分两步进行： Ⅰ.2ClO－Cl＋Cl－ Ⅱ.Cl＋ClO－Cl＋Cl－ 常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：　反应Ⅰ的活化能大，活化分子百分数小，有效碰撞次数少，使得总反应速率慢，ClO－很难转化为Cl。 解析：（1）根据题意，催化剂先与水蒸气反应，H2O失氧原子转化为H2，所以催化剂M得氧原子转化为中间体MO：M＋H2OMO＋H2；中间体MO与另一反应物CO反应，MO失氧原子复原为催化剂M，CO得氧原子生成CO2：MO＋COM＋CO2。（2）反应速率主要取决于最慢的反应即活化能大的反应，第二步反应的活化能大，第二步反应为决速步。（3）常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，说明总反应速率决定于反应Ⅰ，可以推知反应Ⅰ的活化能大，活化分子百分数小。 12.水煤气变换[CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）]是重要的化工过程。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。回答下列问题： （1）水煤气变换反应的ΔH＜（填“＞”“＜”或“＝”）0。 （2）过渡态1和过渡态2中，相对较稳定的是过渡态1；历经过渡态1和过渡态2的两步反应，反应速率较快的是前者（填“前者”或“后者”）。 （3）该历程中历经过渡态1的反应的化学方程式是CO*＋H2O*＋H2O（g）CO*＋OH*＋H*＋H2O（g）（或H2O*OH*＋H*）， 该步骤的逆反应的活化能E逆＝0.34 eV。 （4）该历程中最大能垒（活化能）E正＝2.02 eV。 解析：（1）生成物总能量低于反应物总能量，总反应是放热反应。（2）～（4）：过渡态1的能量低，相对较稳定；历经过渡态1和过渡态2的两步反应的活化能分别为1.59 eV－（－0.32 eV）＝1.91 eV和1.86 eV－（－0.16 eV）＝2.02 eV，所以前者反应速率比后者快。2.02 eV也是该历程中最大的正反应活化能，而历经过渡态1的反应——“CO*＋H2O*＋H2O（g）CO*＋OH*＋H*＋H2O（g）”的逆反应的活化能为1.59 eV－1.25 eV＝0.34 eV。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $