1、第第 3 3 课时课时 活化能活化能 题组一 活化分子与有效碰撞理论 1下列说法正确的是( ) 活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 非活化分子间的碰撞能发生化学反应 活化 分子的能量比非活化分子的能量高 化学反应的实质是原子的重新组合 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成 化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 A B C D 答案 C 解析 只有能引起化学反应的碰撞才是有效碰撞，而只有活化分子才可能发生有效碰撞，有 效碰撞是发生化学反应的充要条件，所以是错误的。 2下列说法不正确的是( ) A增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 B增大压强，单位体积内气体的
2、活化分子数增多，有效碰撞次数增多 C升高温度，活化分子百分数增加，分子运动速度加快，有效碰撞次数增多 D催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞次数增多 答案 A 解析 增大反应物浓度，活化分子数目增多，但活化分子百分数不变。 题组二 化学反应历程能量探析 3已知反应 2NO(g)2H2(g)N2(g)2H2O(g) H752 kJ mol 1 的反应机理如下： 2NO(g)N2O2(g)(快) N2O2(g)H2(g)N2O(g)H2O(g)(慢) N2O(g)H2(g)N2(g)H2O(g)(快) 下列有关说法错误的是( ) A反应的活化能最大 B中 N2O2与 H2的碰撞仅
3、部分有效 CN2O2和 N2O 是该反应的催化剂 D总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 答案 C 解析 反应最慢，说明活化能最大，A 正确；反应为慢反应，说明反应的活化能大，微 粒之间的许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B 正确；反应过程中 N2O2 和 N2O 是中间产物，不是催化剂，C 错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能 比正反应的活化能大，D 正确。 4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
4、(g)=CO2(g)NO(g)的反应历程如下，下列有关 说法中正确的是( ) A第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞 B活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快 C第一步反应需要吸收能量 D该反应的反应速率主要取决于第二步反应 答案 C 解析 活化分子之间的碰撞不一定能发生反应，不一定是有效碰撞，故 A 项错误；活化配合 物的能量越高，单位体积内的活化分子数目越少，有效碰撞的几率越小，第一步反应速率越 慢，故 B 项错误；第一步反应是断裂化学键，需要吸收能量，故 C 项正确；反应速率主要取 决于慢反应的速率，故 D 项错误。 5 (2020 浙江宁波九校高二期末)已知分解 1 mol H
5、2O2放出热量 98 kJ， 在含少量 I 的溶液中， H2O2分解的机理为 H2O2I =H 2OIO (慢)、H 2O2IO =H 2OO2I (快)。下列有关 该反应的说法不正确的是( ) A总反应中 v(H2O2)v(O2)21 BH2O2的分解速率与 I 的浓度有关 C该反应的催化剂是 I ，而不是 IO D由于催化剂的加入降低了反应的活化能，使该反应活化能低于 98 kJ mol 1 答案 D 解析 总反应为 2H2O2=2H2OO2，速率之比等于化学计量数之比，则总反应中 v(H2O2)v(O2)21， A 正确； I 为催化剂， 则 H 2O2的分解速率与 I 的浓度有关， B
6、 正确； IO 为中间产物，该反应的催化剂是 I，而不是 IO，C 正确；催化剂可降低反应的活化能， 但其活化能大小不能确定，D 错误。 题组三 有关活化能的图像分析 6富勒烯 C60和 C180可近似看作“ 完美的” 球体，富勒烯的生成时间很快，典型的是毫 秒级，在所有的合成技术中得到的 C60的量比 C180的量大得多。已知两个转化反应：反应物 3C60 ，反应物C180，则势能(活化能)与反应过程的关系正确的是( ) 答案 B 解析 富勒烯的生成时间很快， 典型的是毫秒级， 在所有的合成技术中得到的 C60的量比 C180 的量大得多，这句话的完整理解是“单位时间内生成 C60的量多速率
7、快”，即活化能小 得多，同时生成物能量不会一样。 7(2020 山东师大附中月考)在含 Fe3 的 S 2O 2 8和 I 的混合溶液中，反应 S 2O 2 8(aq)2I (aq) =2SO2 4(aq)I2(aq)的分解机理及反应过程中的能量变化如图： 步骤：2Fe3 (aq)2I(aq)=I 2(aq)2Fe 2(aq) 步骤：2Fe2 (aq)S 2O 2 8(aq)=2Fe 3(aq)2SO2 4(aq) 下列有关该反应的说法正确的是( ) A反应速率与 Fe3 的浓度有关 BFe2 是该反应的催化剂 Cv(S2O2 8)v(I )v(I 2) D若不加 Fe3 ，则正反应的活化能比
8、逆反应的大 答案 A 解析 由题中信息知 Fe3 为该反应的催化剂，所以反应速率与 Fe3的浓度有关，A 正确、B 错误；由反应 S2O2 8(aq)2I (aq)=2SO2 4(aq)I2(aq)可知，S2O 2 82I I 2，则 2v(S2O 2 8) v(I )2v(I 2)，C 错误；由图像可知该反应是放热反应，则正反应的活化能比逆反应的小， D 错误。 8一定条件下，密闭容器中发生反应 M(g)N(g)，反应过程中的能量变化如图中曲线 所示。下列说法错误的是( ) A该反应中正反应的活化能为(E3E2) kJ mol 1 B该反应的反应热为(E1E2) kJ mol 1 C曲线表示
9、其他条件不变，升高温度时的能量变化 D曲线表示其他条件不变，加入催化剂时的能量变化 答案 C 解析 该反应中正反应的活化能为(E3E2) kJ mol 1，故 A 项正确；该反应的反应热生成 物的总能量反应物的总能量(E1E2) kJ mol 1，故 B 项正确；其他条件不变，升高温度 时反应物分子的总能量增加，反应物分子中活化分子的百分数增大，但反应的活化能不变， 故 C 项错误；加入催化剂可以降低反应的活化能，所以曲线表示其他条件不变，加入催化 剂时的能量变化，故 D 项正确。 9N2O 和 CO 是环境污染性气体，可在 Pt2O 表面转化为无害气体，其反应原理为 N 2O(g) CO(g
10、)CO2(g)N2(g) H，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、 乙所示。下列说法不正确的是( ) AHH1H2 BH226 kJ mol 1 C该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能 D为了实现转化，需不断向反应器中补充 Pt2O 和 Pt 2O 2 答案 D 解析 N2OPt2O =Pt 2O 2N2 H1，Pt2O 2CO=Pt2O CO 2 H2，根据盖斯定 律，得到 N2O(g)CO(g)CO2(g)N2(g) HH1H2，故 A 正确；由图示分 析可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应为放热反应，反应焓变 H134 kJ mol 1360 kJ mol122
11、6 kJ mol1，故 B 正确；正反应的活化能 E a134 kJ mol 1 小于逆反 应的活化能 Eb360 kJ mol 1，故 C 正确；N 2OPt2O =Pt 2O 2N2 H1，Pt2O 2 CO=Pt2O CO 2 H2，反应过程中 Pt2O 和 Pt 2O 2参与反应后又生成，不需要补充，故 D 错误。 10我国科研人员提出了由 CO2和 CH4转化为高附加值产品 CH3COOH 的催化反应历程。该 历程示意图如下。 下列说法不正确的是( ) A生成 CH3COOH 总反应的原子利用率为 100% BCH4CH3COOH 过程中，有 CH 发生断裂 C放出能量并形成了 CC
12、 D该催化剂可改变反应的反应热 答案 D 解析 CH4CO2 CH3COOH，反应的原子利用率为 100%，A 对；由题图可知， CH4CH3COOH 有 CH 发生断裂， B 对； 反应物总能量高于生成物总能量， 反应放出能量， 形成了 CC，C 对；催化剂只改变反应的途径，不改变反应的反应热，D 错。 11用氢气还原氮氧化物的反应为 2H22NO=2H2ON2，该反应速率与反应物浓度之间 满足下面的关系：vk cm(H2) cn(NO)，其中 k 是一个常数，m、n 的值可由实验测定。科研 团队测定了该反应在不同投料关系时 N2起始反应速率，数据列于下表： 实验编号 起始浓度/10 3 m
13、ol L1 N2反应速率/10 3 mol L1 s1 NO H2 1 6.00 1.00 3.19 2 6.00 2.00 6.38 3 1.00 6.00 0.48 4 2.00 6.00 1.92 下列说法正确的是( ) Am2、n1 B实验 2 中 NO 的平均反应速率约为 1.2810 3 mol L1 s1 C增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞几率增大 D与 H2相比，NO 浓度的变化对反应速率影响更为显著 答案 D 解析 利用编号 1 和 2 的实验数据，v1k(1.0010 3)m(6.00103)n3.19103，v 2 k(2.0010 3)m(6.00103)n
14、6.38103， 可以求出 m1； 利用编号 3 和 4 的实验数据， v3k(6.0010 3)m(1.00103)n0.48103，v 4k(6.0010 3)m(2103)n 1.9210 3，可以求出 n2，故 A 项错误；速率之比等于化学计量数之比，2v(N 2)v(NO)， 则 NO 的平均反应速率约为 1.2810 2mol L1 s1，故 B 项错误；增大反应物浓度，活化分 子浓度增大， 但是活化分子百分数不变， 有效碰撞几率增大， 故 C 项错误； 经过计算， n2， 指数较大，对速率影响较大，或者经过数据对比，也可以得知，NO 浓度的变化对反应速率 影响更为显著，故 D 项
15、正确。 12(2021 长沙模拟)活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。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：P1P2 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) 答案 C 解析 根据图像可知， 此反应的反应物的总能量大于生成物的总能量， 故此反应是放热反应， 故 A 错误；物质的能量越高，物质越不稳定，根据图像可知，产物 P1的能量高于产物 P2的 能量，故产物的稳定性：P1v(P2)，故 D 错误。 13某反应过程的能量变化
16、关系如图所示，按要求回答下列问题： (1)已知热化学方程式 H2(g)1 2O2(g)=H2O(g) H241.8 kJ mol 1，该反应的活化能为 167.2 kJ mol 1，则其逆反应的活化能为_。 (2)已知 C(石墨，s)=C(金刚石，s) H1.5 kJ mol 1，某同学根据该反应吸收的热量较 小，认为由石墨变为金刚石的反应很容易进行，但事实上该反应却很难发生，需要很高的温 度和很大的压强， 请你分析造成这种现象的主要因素是_。 (3)对于同一反应，图中虚线与实线相比，活化能降低，活化分子百分数增多，反应速率 加快，你认为最可能的原因是_。 答案 (1)409.0 kJ mol
17、 1 (2)该反应的活化能很高 (3)使用了催化剂 解析 (1)该反应的活化能为 167.2 kJ mol 1，则其逆反应的活化能正反应活化能反应焓 变167.2 kJ mol 1(241.8 kJ mol1)409.0 kJ mol1。 (2)虽然石墨和金刚石的能量相差不 大，但该反应的活化能很高，因此引发该反应需要很高的温度和很大的压强。(3)催化剂能够 降低反应的活化能，提高活化分子百分数，加快反应速率，因此虚线中改变的条件是使用 了催化剂。 142020 浙江 7 月选考，29(1)改编当今社会面临能源短缺的问题，对资源综合利用有重 要的意义。反应 C2H6(g)CO2(g)C2H4(
18、g)H2O(g)CO(g) H2177 kJ mol 1，是研 究 CO2氧化 C2H6制 C2H4的反应之一。 已知：298 K 时，相关物质的相对能量(如图 1)。 可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的 H(H 随温度变化可忽略)。例如： H2O(g)=H2O(l) H286 kJ mol 1(242 kJ mol1)44 kJ mol1。 有研究表明，在催化剂存在下，反应分两步进行，过程如下：C2H6(g)CO2(g) C2H4(g) H2(g)CO2(g) C2H4(g)CO(g)H2O(g)， 且第二步速率较慢(反应活化能为 210 kJ mol 1)。 根据相关物质的相对能量，
19、画出反应分两步进行的“能量反应过程图”，起点从C2H6(g) CO2(g)的能量477 kJ mol 1 开始(如图 2)。 答案 解析 由题中信息可知，反应分两步进行，第一步的反应是 C2H6(g)CO2(g) C2H4(g) H2(g)CO2(g)，C2H4(g)、H2(g)、CO2(g)的相对能量之和为 52 kJ mol 10(393 kJ mol1) 341 kJ mol 1；第二步的反应是 C 2H4(g)H2(g) CO2(g) C2H4(g)H2O(g) CO(g)， 其活化能为 210 kJ mol 1，故该反应体系的过渡态的相对能量又升高了 210 kJ mol1，过渡态 的相对能量变为341 kJ mol 1210 kJ mol1131 kJ mol1， 最终生成物 C 2H4(g)、 H2O(g)、 CO(g)的相对能量之和为 52 kJ mol 1(242 kJ mol1)(110 kJ mol1)300 kJ mol1。 根据题中信息， 第一步的活化能较小， 第二步的活化能较大， 从而得到反应分两步进行的“能 量反应过程图”。