2.1.4 微专题 能量—反应过程图示模型及应用-2026-2027学年高二化学选择性必修1【同步课件】

该高中化学课件聚焦活化能与反应历程，系统讲解基元反应、过渡态理论、催化剂作用及能量-反应过程图示模型，通过从基础概念到原理应用的递进，搭建“概念-模型-实例”学习支架，帮助学生衔接化学反应速率与化学平衡知识。 其亮点在于以能量图示模型为核心，通过多步反应决速步分析、催化剂机理探究等实例，培养学生科学思维中的模型建构与证据推理能力，强化化学观念中“反应规律与能量变化”的认识。采用“原理+应用”教学法，学生能提升问题解决能力，教师可高效开展专题教学。

高中化学人教版（2019）选择性必修1 第一节 化学反应速率 第二章 化学反应速率与化学平衡 能量—反应过程图示模型及应用 微专题 1.基元反应、过渡态理论及活化能 (1)基元反应：研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成，往往要经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。 (2)过渡态理论：过渡态理论认为，反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。 活化能与反应历程 2.多步反应的活化能及与速率的关系 (1)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。 (2)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越不容易，该基元反应的速率就越慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。 活化能与反应历程 3.催化剂与活化能 (1)催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，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，使反应易于发生，速率加快。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。 (2)催化反应一般过程(简化的过程)： ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。 活化能与反应历程 模型分析 (1)过渡态理论中的活化能: ①E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能; ②反应热ΔH=E1-E2。 (2)催化剂与活化能: ①有催化剂参与反应时,活化能较小,反应速率较大;无催化剂参与反应时,活化能较大,反应速率较小; ②使用催化剂能降低反应的活化能,但不能改变反应热(ΔH); ③TS1、TS2是过渡态,图中包括2个过渡态(“波峰”对应的物质),因此使用催化剂后,反应分两步进行; ④图中有1个中间体(“波谷”对应的物质),第一步反应的生成物是第二步反应的反应物。 活化能与反应历程 2.模型应用与指导 (1)根据过渡态的数目确定使用催化剂时反应历程包含几步反应:过渡态数目(“波峰”对应物质)=分步反应的步数。 (2)分步反应中,活化能最大的反应,反应速率最小,是整个反应历程的决速步。 (3)可根据物质具有的相对能量判断其稳定性,物质具有的能量越小,该物质越稳定。 活化能与反应历程 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),E3表示使用催化剂时正反应的活化能,反应热为E1-E2。 3 活化能与反应历程 对于含有多步基元反应的反应历程,思维过程与上图相似。例如:一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。一般每出现一个峰,为一个过渡态,每越过一个峰,为一步反应。该历程分4步进行,其中第4步的正反应活化能最大。活化能最大的步骤为反应最慢的步骤,为决速步,决速步的反应为CH+3H→C+4H。 活化能与反应历程 反应热的计算有两种方法: ①根据正、逆反应的活化能,本题中总反应的ΔH=E1+E3+E5+E7-E2-E4-E6-E8; ②根据反应物和生成物的相对能量,ΔH=E(生成物)-E(反应物)。计算ΔH时,还应注意图像中能量的单位,我们通常使用的ΔH单位为kJ·mol-1,如图像中能量的单位为电子伏(eV),则图中微粒的量指的是微粒个数,如E eV单位换算后ΔH=E×1.6×10-19×6.02×1023×10-3 kJ·mol-1=96.32E kJ·mol-1。 活化能与反应历程 4.三步突破活化能(能垒)图像 活化能与反应历程 例　研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为：①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是 A.反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应 B.两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定 C.Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物 D.若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O √ 活化能与反应历程 解析　反应②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A项错误； 总反应速率由反应慢的决定，即由反应①决定，故B项错误； Fe＋作催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物，故C项正确； 气体存在的条件未知，则不能确定气体的体积，故D项错误。 活化能与反应历程 例题1.催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应过程(如图所示)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是 (　　) A.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行 B.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,能改变反应的活化能, 但不能改变ΔH C.使用催化剂Ⅱ时,反应体系更快达到平衡 D.使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的 最大浓度更大 模型应用1　催化剂与活化能模型——(直接应用) C 活化能与反应历程 解析 两种催化剂均出现四个波峰,故使用催化剂Ⅰ和Ⅱ的反应过程都分4步进行,A正确;使用催化剂Ⅰ和Ⅱ能改变反应的活化能,但不能改变ΔH,B正确;使用催化剂Ⅰ的最高活化能小于使用催化剂Ⅱ的最高活化能,使用催化剂Ⅰ时反应速率更大,反应体系更快达到平衡,C错误;在前两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较低,反应速率较大,后两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较高,反应速率较小,故使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最大浓度更大,D正确。 解题指导　(1)关键信息:①图中两条曲线均出现4个“波峰”和3个“波谷”;②使用催化剂Ⅱ时,第1步反应的活化能较高;③使用催化剂Ⅰ时,M转化为相邻过渡态时的活化能更大。 (2)加工应用:根据过渡态数目确定分步反应的步数,根据活化能大小确定分步反应的速率,再进行相关分析、判断。 活化能与反应历程 CONTENTS 目录 模型应用2　催化剂与活化能模型——(变形应用) 例题2.纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的能量变化如下: 活化能与反应历程 CONTENTS 目录 下列说法不正确的是(　　) A.反应C40H20(g) ===C40H18(g)+H2(g)的ΔH>0 B.图示过程包含3个基元反应 C.整个过程的总反应速率由第3步反应决定 D 关键信息　①图中[C40H20+H·]的能量低于[C40H18+H·+H2]的能量; ②图示反应过程中有3个过渡态; ③第3步反应的活化能最大,反应速率最小。 活化能与反应历程 CONTENTS 目录 解析 由图可知,[C40H20+H·]的能量低于[C40H18+H·+H2]的能量,则反应C40H20(g) ===C40H18(g)+H2(g)是吸热反应,ΔH>0,A正确;图示过程包含3个过渡态,故该反应过程包含3个基元反应,B正确;图中第3步反应的活化能最大,反应速率最小,该反应决定总反应的反应速率,C正确;由于第3步反应速率最小,而前两步反应速率相对较大,可能有大量 聚集,D错误。 活化能与反应历程 CONTENTS 目录 应用体验 视角1 直线式历程 1.工业上利用NH3对烟道气进行脱硝(除氮氧化物)的SCR技术具有效率高、性能可靠的优势。SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂(MnO2)表面转化为N2和H2O,反应历程中的相对能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.总反应方程式为6NO+4NH3 5N2+6H2O(ΔH<0) B.NH2NO是脱硝反应的催化剂 C.升高温度,脱硝反应的正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度 D.决定反应速率的步骤是“NH2NO的转化” A CONTENTS 目录 解析 由已知SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂(MnO2)表面转化为N2和H2O可知,总反应的方程式为6NO+4NH3 5N2+6H2O,根据反应物和生成物的相对能量高低,可以确定该反应为放热反应,A正确;观察相对能量-反应历程曲线知,NH3吸附在催化剂表面后,经过一定的反应形成了NH2NO,NH2NO又经过反应得到N2和H2O,所以NH2NO是脱硝反应的活性中间体,B错误;该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,所以升高温度后,脱硝反应的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,C错误;根据曲线表明,全过程中H的移除过程活化能最大,其速率是全过程几步反应中最慢的,决定了反应的速率,是总反应的决速步骤,D错误。 应用体验 CONTENTS 目录 2.硫酸盐(含 )气溶胶是PM2.5的成分之一。近期科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理,其主要过程示意图如图: 下列说法不正确的是(　　) A.该过程有H2O参与 B.NO2是生成硫酸盐的氧化剂 C.硫酸盐气溶胶呈酸性 D.该过程没有生成硫氧键 D 应用体验 CONTENTS 目录 应用体验 CONTENTS 目录 3.我国科研人员在银催化简单烷烃的区域选择性方面取得了重要突破,有效克服烷烃C—H键的惰性并实现其区域选择性活化。一种对烷烃C—H键的选择性插入反应历程如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质中,最稳定的是Ⅱ B.总反应速率取决于由中间体1生成中间体2的一步 C.升高温度,三个反应的速率均加快,有利于提高烷烃的转化率 D.催化剂对化学反应具有选择性,生成不同产物的同时改变了反应的焓变 B 应用体验 CONTENTS 目录 解析 物质能量越低越稳定,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质中最稳定的是Ⅰ,A错误;化学反应的速率取决于历程中反应慢的过程,中间体1生成中间体2的反应活化能最高,决定了总反应的速率,B正确;三个反应均为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,烷烃的转化率降低,C错误;催化剂具有选择性,只影响化学反应速率,不改变反应的焓变,D错误。 应用体验 CONTENTS 目录 4.水煤气变换反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH<0(简称WGS),在金属催化剂Au(Ⅲ)表面上发生的所有基元反应步骤的活化能数值(单位:kJ·mol-1)如下表,其中*表示催化剂表面活性位,X*表示金属表面活性位吸附物种。 应用体验 CONTENTS 目录 其他条件一定时,决定WGS反应速率的基元反应为　　　　　　(填编号),基元反应CO*+O* CO2*+*的焓变ΔH=　　　　 kJ·mol-1。由表中数据计算WGS反应的焓变ΔH=　　　　 kJ·mol-1。  ② -166 -55 解析 分析表中数据,反应所需要的活化能越高,反应越难发生,所以该机理中WGS反应速率决速步骤是②,基元反应CO*+O* CO2*+*对应的是⑥ΔH=37 kJ·mol-1-203 kJ·mol-1=-166 kJ·mol-1,WGS反应的焓变ΔH=(150+71+74+37+17) kJ·mol-1-(67+67+25+42+203) kJ·mol-1 =-55 kJ·mol-1。 应用体验 5.利用CO2与CH4制备合成气(CO、H2),可能的反应历程如图所示: 说明:①C(ads)为吸附性活性炭,E表示方框中物质的总能量(单位:kJ·mol-1), TS表示过渡态。 ②相关化学键键能为C—H(413 kJ·mol-1),C=O(745 kJ·mol-1), C≡O(1 075 kJ·mol-1) 应用体验 CONTENTS 目录 解析 根据图示可知制备合成气总反应的ΔH=(E5-E1) kJ·mol-1,A正确;若E3+E2<E4+E1,则E2-E1<E4-E3,即第二步的活化能更大,决速步骤为C(ads)+CO2(g)═2CO(g),B错误;设H—H键的键能为x kJ·mol-1,则120=(413×4+745×2)-(1 075×2+2x),解得x=436,C正确;催化剂不改变化学平衡状态,则使用催化剂后,CO和H2平衡产率不改变,D正确。 下列说法不正确的是(　　) A.制备合成气总反应的ΔH可表示为(E5-E1) kJ·mol-1 B.若E3+E2<E4+E1,则决定速率步骤的化学方程式为CH4(g)═C(ads)+2H2(g) C.若ΔH=+120 kJ·mol-1,则H—H键键能为436 kJ·mol-1 D.使用催化剂后,CO和H2平衡产率不改变 应用体验 CONTENTS 目录 视角2 循环型历程 6.1)以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO),其脱硝机理如图所示,若反应中n(NO)∶n(O2)=2∶1,则总反应的化学方程式为 ____________________________________。  解析 根据图示可知,在催化剂的作用下,C2H4与NO、O2反应最终生成N2、CO2、H2O,反应中n(NO)∶n(O2)=2∶1,反应总方程式为6NO+3O2+2C2H4 3N2+4CO2+4H2O。 应用体验 (2)用Ni2+可直接催化NO分解生成N2、O2,将其反应机理补充完整(Vo代表氧空穴): 2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2 ______________________________。 应用体验 7.据文献报道,某反应的反应历程如图所示,下列有关该历程的说法错误的是(　　) A.Ti4+是催化剂 B.Ti4+…NH2—N=O是中间产物 C.总反应化学方程式为4NH3+3O2 2N2+6H2O D.Ti4+…NH2—N=O→Ti4++N2+H2O属于分解反应 C 应用体验 CONTENTS 目录 解析 图中Ti4+在整个反应中参与了反应,最后又生成,所以是催化剂,A正确;反应中加入NO后生成Ti4+…NH2—N=O,后又生成Ti4+,得出Ti4+…NH2—N=O是中间产物,B正确;根据反应历程,参加反应的有O2、NH3和NO,生成物有N2和H2O,可以写出反应方程式为2NO+4NH3+2O2 3N2+6H2O,C错误;反应中Ti4+…NH2—N=O→Ti4++N2+H2O由一种物质生成多种物质,属于分解反应,D正确。 应用体验 CONTENTS 目录 D.反应过程中,反应体系不可能有大量H'19聚集 H'19 S、HS 解析 根据图示中各微粒的构造可知,该过程有H2O参与,故A正确;NO2转化为HNO2,N元素的化合价由+4价变为+3价,化合价降低,得电子被还原,做氧化剂,故B正确;硫酸盐气溶胶中含有HS,转化过程有水参与,HS在水中可电离生成H+和S,则硫酸盐气溶胶呈酸性,故C正确;由S转化为HS,根据图示可知,有硫氧键生成,故D错误。 基元反应 正、逆反应活化能 E正反应 E逆反应 ① H2O+*H2O* 0 67 ② H2O*+*OH*+H* 150 0 ③ OH*+*O*+H* 71 67 ④ 2H*+*H2+2* 74 25 ⑤ CO+*CO* 0 42 ⑥ CO*+O*CO2*+* 37 203 ⑦ CO2*CO2+* 17 0 6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O 2Ni3++O2-2Ni2++Vo+O2 解析 用Ni2+可直接催化NO分解生成N2、O2,反应的总方程式为2NOO2+N2,根据反应原理,Ni2+为催化剂,用总反应-(2Ni2++2Vo+2NO2Ni3++2O-+N2)-(2O-O2-+O2+Vo)得:2Ni3++O2-2Ni2++Vo+O2。 2O-O2-+O2+Vo $