第3課時活化能新知探究(一)——活化能1.基元反應(yīng)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)并不是經(jīng)過簡單碰撞就能完成的,而往往經(jīng)過多個反應(yīng)步驟才能實現(xiàn)。如2HIH2+I2實際上是經(jīng)過兩步反應(yīng)完成的,為2HIH2+2I·,2I·I2,其中,每一步反應(yīng)都稱為,它反映了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)歷程。

2.有效碰撞3.活化能和活化分子(1)活化分子:能夠發(fā)生的分子。

(2)活化能:活化分子具有的與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差。

4.反應(yīng)物、生成物的能量與活化能的關(guān)系[微點撥]活化能大小主要是由反應(yīng)物自身的性質(zhì)決定的(改變外界條件也可以改變反應(yīng)的活化能,如加入催化劑),即反應(yīng)物自身的性質(zhì)影響著化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,從而影響化學(xué)反應(yīng)速率的大小。[題點多維訓(xùn)練]1.(2025·西安質(zhì)量檢測)下列說法不正確的是()①當碰撞的分子具有足夠的能量和合適的取向時,才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)②發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子③活化分子間的碰撞一定是有效碰撞④活化分子間每次碰撞都發(fā)生化學(xué)反應(yīng)⑤能發(fā)生有效碰撞的分子必須具有足夠高的能量A.①④B.③④C.④⑤D.②⑤2.鹵代烴與端基炔(R'C≡CH)催化偶聯(lián)反應(yīng)的一種機理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.偶聯(lián)反應(yīng)中起催化作用的是M和CuIB.R'C≡CCu為該催化過程的中間產(chǎn)物C.該偶聯(lián)反應(yīng)的原理為R'C≡CH+RIR'C≡CR+HID.該催化機理改變了反應(yīng)路徑和反應(yīng)熱3.由反應(yīng)物微粒一步直接實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。某化學(xué)反應(yīng)是通過三步基元反應(yīng)實現(xiàn):①Ce4++Mn2+Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+Ti3++Mn2+。由此可知:(1)該反應(yīng)的總反應(yīng)的方程式為。

(2)該反應(yīng)的催化劑是。

新知探究(二)——利用碰撞理論解釋外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響導(dǎo)學(xué)設(shè)計H2O2是重要的消毒劑、氧化劑,研究其分解反應(yīng)有重要意義。KI能催化H2O2的分解。①不加KI:2H2O22H2O+O2↑;②加入KI:H2O2+IH2O+IO;H2O2+IOH2O+O2↑+I。H2O2分解反應(yīng)過程中能量變化如圖所示。1.加入KI后,化學(xué)反應(yīng)速率如何變化?為什么?2.催化劑是否參與反應(yīng)?催化劑是否改變了反應(yīng)熱?3.若對該反應(yīng)加熱,化學(xué)反應(yīng)速率加快,如何用碰撞理論解釋此現(xiàn)象?[系統(tǒng)融通知能]1.利用碰撞理論解釋外界條件對反應(yīng)速率的影響條件變化濃度增大壓強增大溫度升高使用催化劑微觀因素變化活化分子百分數(shù)不變不變增加增加活化分子數(shù)目增加不變增加增加單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增加增加增加增加有效碰撞增加增加增加增加化學(xué)反應(yīng)速率變化加快加快加快加快[微點撥]向反應(yīng)體系輸入能量,都有可能改變化學(xué)反應(yīng)速率。2.活化分子、有效碰撞與反應(yīng)速率的關(guān)系[題點多維訓(xùn)練]1.下列有關(guān)催化劑的說法錯誤的是()A.改變反應(yīng)歷程B.改變基元反應(yīng)的活化能C.可能提高主反應(yīng)選擇性D.不能提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率2.(2025·溫州期中檢測)下列關(guān)于有效碰撞理論與影響速率因素之間關(guān)系正確的是()A.增大反應(yīng)物濃度,可以提高活化分子百分數(shù),從而提高反應(yīng)速率B.升高溫度,反應(yīng)物分子的能量增加,增加了活化分子的百分數(shù),從而提高反應(yīng)速率C.加入催化劑可以降低活化能,活化分子百分數(shù)雖然沒變,但可以加快反應(yīng)速率D.只要增大壓強,就可提高單位體積內(nèi)活化分子數(shù),從而提高反應(yīng)速率3.下列說法不正確的是()A.圖甲中曲線Ⅱ可以表示催化劑降低了反應(yīng)的活化能B.圖乙中HI分子發(fā)生了有效碰撞C.鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)活化能接近于零D.增大反應(yīng)物濃度,單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多,單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加命題熱點——化學(xué)反應(yīng)歷程與能量變化的圖像分析1.能量歷程圖像(1)在無催化劑的情況下:E1為正反應(yīng)的活化能;E2為逆反應(yīng)的活化能;E1E2為此反應(yīng)的焓變(ΔH)。(2)有催化劑時,總反應(yīng)分成了兩個反應(yīng)步驟,反應(yīng)①為吸熱反應(yīng),產(chǎn)物為總反應(yīng)的中間產(chǎn)物,反應(yīng)②為放熱反應(yīng),總反應(yīng)為放熱反應(yīng)。2.能壘圖像(1)催化反應(yīng)歷程可表示為擴散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。(2)催化劑通過參與反應(yīng)改變反應(yīng)歷程、降低反應(yīng)的活化能來加快反應(yīng)速率?；罨茉酱?反應(yīng)越難進行。(3)復(fù)雜反應(yīng)中的速度控制步驟決定反應(yīng)的速率,各步基元反應(yīng)活化能(能壘)大的慢反應(yīng)是決定整個反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。故改變溫度,活化能大的反應(yīng)速率改變程度大。能壘圖參見下圖:3.“環(huán)式”反應(yīng)圖像對于“環(huán)式”反應(yīng)過程圖像,位于“環(huán)上”的物質(zhì)一般是催化劑或中間體,如⑤、⑥、⑦和⑧,“入環(huán)”的物質(zhì)為反應(yīng)物,如①和④,“出環(huán)”的物質(zhì)為生成物,如②和③。[典例](2025·武漢高二期末)在發(fā)展非金屬催化劑實現(xiàn)CO2電催化還原制備甲醇方面取得重要進展,該反應(yīng)歷程如圖所示(CO、CH2O為副產(chǎn)物)。上述合成甲醇的反應(yīng)速率較慢,要加快其反應(yīng)速率,主要需降低過程中能量變化的基元反應(yīng)為()A.*CO+*OHCO+*H2OB.*COOCHC.*OCH2CH2OD.*OCH3CH3OH聽課記錄:|思維建模|三步突破能量變化圖像[題點多維訓(xùn)練]1.(2023·廣東卷)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應(yīng)R(g)?P(g)。反應(yīng)歷程(如圖)中,M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時,下列說法不正確的是()A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應(yīng)歷程都分4步進行B.反應(yīng)達平衡時,升高溫度,R的濃度增大C.使用Ⅱ時,反應(yīng)體系更快達到平衡D.使用Ⅰ時,反應(yīng)過程中M所能達到的最高濃度更大2.(2024·安徽卷)某溫度下,在密閉容器中充入一定量的X(g),發(fā)生下列反應(yīng):X(g)?Y(g)(ΔH1<0),Y(g)?Z(g)(ΔH2<0),測得各氣體濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系如右圖所示。下列反應(yīng)進程示意圖符合題意的是()3.電催化N2還原制NH3的一種反應(yīng)機理如圖所示,其中吸附在催化劑表面的物種用*表示,下列說法不正確的是()A.N2生成NH3是通過多步還原反應(yīng)實現(xiàn)的B.兩個氮原子上的加氫過程同時進行C.析氫反應(yīng)(H*+H*H2)會影響NH3的生成D.NH3的及時脫附有利于提高催化劑活性4.銠的配合物離子[Rh(CO)2I2]可催化甲醇羰基化,反應(yīng)過程如圖所示。下列敘述錯誤的是()A.CH3COI是反應(yīng)中間體B.甲醇羰基化反應(yīng)為CH3OH+COCH3CO2HC.反應(yīng)過程中Rh的成鍵數(shù)目保持不變D.存在反應(yīng)CH3OH+HICH3I+H2O課下請完成課時跟蹤檢測(六)第3課時活化能新知探究(一)1.基元反應(yīng)2.越快3.(1)有效碰撞(2)平均能量4.活化能反應(yīng)熱[題點多維訓(xùn)練]1.選B當碰撞的分子具有足夠的能量和合適的取向時,才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),即活化分子發(fā)生有效碰撞,才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),故①正確;發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子,故②正確;活化分子間的碰撞有合適取向時才是有效碰撞,故③錯誤;活化分子間發(fā)生有效碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),故④錯誤;能發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子,必須具有足夠高的能量,故⑤正確。2.選D由轉(zhuǎn)化圖可知,偶聯(lián)反應(yīng)中起催化作用的是M和CuI,故A正確;由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知,R'C≡CCu產(chǎn)生后又被消耗,為該催化過程的中間產(chǎn)物,故B正確;由流程可知,該偶聯(lián)反應(yīng)的原理為R'C≡CH+RIR'C≡CR+HI,故C正確;催化劑改變反應(yīng)路徑,不改變反應(yīng)熱,故D錯誤。3.解析:催化劑是在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率(既能提高也能降低),而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)。從三個反應(yīng)可以看出Ce4+最終變?yōu)镃e3+,Ti+變?yōu)門i3+,Mn2+沒變,故為催化劑。答案:(1)2Ce4++Ti+2Ce3++Ti3+(2)Mn2+新知探究(二)[導(dǎo)學(xué)設(shè)計]1.提示:化學(xué)反應(yīng)速率加快。KI是催化劑,加入催化劑,能降低反應(yīng)的活化能,使更多的反應(yīng)物分子變成活化分子,從而增大了單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子中活化分子的數(shù)目,有效碰撞次數(shù)增多,反應(yīng)速率增大。2.提示:催化劑參與了反應(yīng),改變了反應(yīng)路徑,但是沒有改變反應(yīng)熱。3.提示:升高溫度,反應(yīng)物分子的能量增加,使一部分原來能量較低的分子變成活化分子,從而增加了反應(yīng)物分子中活化分子的百分數(shù),使得單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)增加,反應(yīng)速率增大。升高溫度,不論是放熱反應(yīng),還是吸熱反應(yīng),都能增大化學(xué)反應(yīng)速率。[題點多維訓(xùn)練]1.選D催化劑可以改變反應(yīng)歷程,降低反應(yīng)的活化能,加快反應(yīng)速率,故A正確;催化劑可以改變反應(yīng)歷程,即可以把一個反應(yīng)改變?yōu)槎鄠€基元反應(yīng),且每個基元反應(yīng)的活化能都不同,故B正確;催化劑具有選擇性,可能對主反應(yīng)具有更好的催化效果,從而加快主反應(yīng)的速率,故C正確;催化劑可提高平衡以前反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,故D錯誤。2.選B增大反應(yīng)物濃度,增大單位體積內(nèi)活化分子個數(shù),活化分子百分數(shù)不變,故A錯誤;升高溫度,活化分子百分數(shù)增大,則化學(xué)反應(yīng)速率加快,故B正確;催化劑能降低反應(yīng)所需活化能,增大活化分子百分數(shù),增大化學(xué)反應(yīng)速率,故C錯誤;對于氣體反應(yīng)來說,壓縮體積增大壓強,增大單位體積內(nèi)活化分子個數(shù),活化分子有效碰撞幾率增大,反應(yīng)速率加快,對固體反應(yīng)來說,增大壓強無影響,故D錯誤。3.選B催化劑可降低反應(yīng)的活化能,A正確;能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞才是有效碰撞,由圖乙可知碰撞后沒有生成新物質(zhì),即沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不是有效碰撞,B錯誤;鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實質(zhì)是氫離子與氫氧根離子反應(yīng)生成水,在溶液中氫離子與氫氧根離子已經(jīng)處于活躍狀態(tài),因此鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的活化能接近于零,C正確;增大反應(yīng)物濃度,單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多,單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加,D正確。命題熱點[典例]選A由圖可知,合成甲醇的過程中*CO+*OH*CO+*H2O的活化能最大,反應(yīng)速率最慢,決定整體反應(yīng)速率,所以主要降低該步驟的能量變化,則A正確。[題點多維訓(xùn)練]1.選C由圖可知兩種催化劑均出現(xiàn)四個波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反應(yīng)歷程都分4步進行,A正確;由圖可知該反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以達平衡時,升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,R的濃度增大,B正確;由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ時反應(yīng)速率更快,反應(yīng)體系更快達到平衡,C錯誤;由圖可知在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低,反應(yīng)速率較快,后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高,反應(yīng)速率較慢,所以使用Ⅰ時,反應(yīng)過程中M所能達到的最高濃度更大,D正確。2.選B由題圖可知,生成Y的速率大于生成Z的速率,則第一步反應(yīng)的活化能比第二步反應(yīng)的活化能小,C、D項錯誤;結(jié)合ΔH1、ΔH2均小于0可知,兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng),故反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,則能量:X>Y>Z,A項錯誤,B項正確。3.選B由圖可知,N2生成NH3是通過N2→*N2→*NNH……NH3多步還原反應(yīng)實現(xiàn)的,故A不符合題意;由圖可知,加氫過程是分步進行的(*N2→*NNH→*NHNH),故B符合題意;析氫反應(yīng)(H*+H*H2)會導(dǎo)致NH3中H不足,從而影響NH3的生成,故C不符合題意;NH3的及時脫附,能夠增加催化劑與反應(yīng)物的接觸面積,即有利于增加催化劑活性,故D不符合題意。4.選C題干中明確指出,銠配合物[Rh(CO)2I2]充當催化劑的作用,用于催化甲醇羰基化。由題干中提供的反應(yīng)機理圖可知,銠配合物在整個反應(yīng)歷程中成鍵數(shù)目、配體種類等均發(fā)生了變化;并且也可以觀察出,甲醇羰基化反應(yīng)所需的反應(yīng)物除甲醇外還需要CO,最終產(chǎn)物是乙酸;因此,凡是出現(xiàn)在歷程中的,既非反應(yīng)物又非產(chǎn)物的物種如CH3COI以及各種配離子等