能量—反应历(进)程图分析
能量—反应历程图分析
(1)如图所示，反应A＋B―→AB的活化能为Ea，加入催化剂后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率增大。但催化剂不改变ΔH，不改变α(平)。
(2)过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越大，此步基元反应速率越小]。
(3)由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“决速步骤”。第1步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
(4)多能垒的原因：催化剂改变的是反应途径，也就是说，原来的一个反应，加入催化剂后就变成了多步反应，所以会出现多个能垒。
1．已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol-1，在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A．ΔH＝E4－E3＋E2－E1
B．加入V2O5后反应经过两步完成，其中第一步决定反应速率
C．加入V2O5，ΔH不变，但反应速率改变
D．向密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生上述反应达到平衡时，反应放热198 kJ
2．(2024·贵州卷，T14)AgCN与CH3CH2Br可发生取代反应，反应过程中CN－的C原子和N原子均可进攻CH3CH2Br，分别生成腈(CH3CH2CN)和异腈(CH3CH2NC)两种产物。通过量子化学计算得到的反应历程及能量变化如图(TS为过渡态，Ⅰ、Ⅱ为后续物)。
由图示信息，下列说法错误的是( )
A．从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应
B．过渡态TS1是由CN－的C原子进攻CH3CH2Br的α-C而形成的
C．Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱
D．生成CH3CH2CN放热更多，低温时CH3CH2CN是主要产物
3．铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应历程与相对能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用 标注。
CO2HCOOH
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂，哪种更有利于CO2的吸附？________。简述判断依据：_____________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)CO2电化学还原制取HCOOH反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。
(3)使用Bi催化剂时，最大能垒是__________，使用Bi2O3催化剂时，最大能垒是________。
(4)由生成HCOO－的反应为________________________________________
___________________________________________________________________。
4．(2023·全国甲卷，T28节选)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
(1)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化应为图中曲线________(填“c”或“d”)。
(3)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________(填“>”“＝”或“<”)CHD2OH。若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇有________种。
微专题12 能量—反应历(进)程图分析
[对点训练]
1．C [根据题图可知，反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值，ΔH＝E1－E2＋E3－E4，A错误；多步反应的反应速率由慢反应决定，由题图可知加入V2O5后第二步反应的活化能最大，所以反应速率由第二步反应决定，B错误；催化剂不能改变反应物、生成物的能量，所以ΔH不变，但催化剂能改变反应途径降低活化能，所以使用催化剂后反应速率改变，C正确；该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以向密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生题述反应达平衡时，反应放热小于198 kJ，D错误。 ]
2．D [由反应历程及能量变化图可知，两种路径生成的产物的总能量均低于反应物，故从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应，A项正确；CH3CH2Br中与Br原子相连的C原子为α C，由反应历程及能量变化图可知，过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3CH2Br的α C而形成的，B项正确；由反应历程及能量变化图可知，后续物Ⅰ、Ⅱ转化为产物，分别断开的是N Ag和C Ag，且后者吸收更多的能量，故Ⅰ中“N Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C Ag”之间的作用力弱，C项正确；由于生成CH3CH2CN所需要的活化能高，反应速率慢，故低温时更容易生成CH3CH2NC，D项错误。]
3．(1)Bi2O3 由图可知，使用Bi2O3催化剂时，相对能量减小得多，趋于更稳定状态 (2)< (3)0.38 eV 0.32 eV
(4C＋HC＋e-===CHCOO-
4．解析：(3)根据(2)中信息知，直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应的活化能会变大，反应速率会变慢，所以MO+与CH2D2反应转化为CH2DOD的速率低于转化为CHD2OH的速率，则氘代甲醇的产量：CH2DOD答案：(1)Ⅰ (2)c (3)< 2
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微专题12 能量—反应历(进)程图分析
第一篇 考点突破
第四部分 化学反应原理
第六章 化学反应与能量
能量—反应历程图分析
(1)如图所示，反应A＋B―→AB的活化能为Ea，加入催化剂后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率增大。但催化剂不改变ΔH，不改变α(平)。
(2)过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态的能量与反应物的能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越大，此步基元反应速率越小]。
(3)由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“决速步骤”。第1步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
(4)多能垒的原因：催化剂改变的是反应途径，也就是说，原来的一个反应，加入催化剂后就变成了多步反应，所以会出现多个能垒。
1．已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol-1，在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A．ΔH＝E4－E3＋E2－E1
B．加入V2O5后反应经过两步完成，其中第一步决定反应速率
C．加入V2O5，ΔH不变，但反应速率改变
D．向密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，
发生上述反应达到平衡时，反应放热198 kJ
√
C [根据题图可知，反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值，ΔH＝E1－E2＋E3－E4，A错误；多步反应的反应速率由慢反应决定，由题图可知加入V2O5后第二步反应的活化能最大，所以反应速率由第二步反应决定，B错误；催化剂不能改变反应物、生成物的能量，所以ΔH不变，但催化剂能改变反应途径降低活化能，所以使用催化剂后反应速率改变，C正确；该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以向密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生题述反应达平衡时，反应放热小于198 kJ，D错误。]
2．(2024·贵州卷，T14)AgCN与CH3CH2Br可发生取代反应，反应过程中CN－的C原子和N原子均可进攻CH3CH2Br，分别生成腈(CH3CH2CN)和异腈(CH3CH2NC)两种产物。通过量子化学计算得到的反应历程及能量变化如图(TS为过渡态，Ⅰ、Ⅱ为后续物)。
由图示信息，下列说法错误的是( )
A．从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应
B．过渡态TS1是由CN－的C原子进攻CH3CH2Br的α-C而形成的
C．Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱
D．生成CH3CH2CN放热更多，低温时CH3CH2CN是主要产物
√
D [由反应历程及能量变化图可知，两种路径生成的产物的总能量均低于反应物，故从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应，A项正确；CH3CH2Br中与Br原子相连的C原子为α-C，由反应历程及能量变化图可知，过渡态TS1是由CN－的C原子进攻CH3CH2Br的α-C而形成的，B项正确；由反应历程及能量变化图可知，后续物Ⅰ、Ⅱ转化为产物，分别断开的是N--Ag和C--Ag，且后者吸收更多的能量，故Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱，C项正确；由于生成CH3CH2CN所需要的活化能高，反应速率慢，故低温时更容易生成CH3CH2NC，D项错误。]
3．铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应历程与相对能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
HCOO－HCOOH
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂，哪种更有利于CO2的吸附？________。简述判断依据：__________________________________
_________________________________________________________。
(2)CO2电化学还原制取HCOOH反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。
由图可知，使用Bi2O3催化剂时，相对
Bi2O3
能量减小得多，趋于更稳定状态
<
(3)使用Bi催化剂时，最大能垒是__________，使用Bi2O3催化剂时，最大能垒是________。
(4)由生成*HCOO－的反应为_____________________________
________________________________________________________。
0.38 eV
0.32 eV
＋HCOO－
4．(2023·全国甲卷，T28节选)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
(1)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化应为图中曲线________(填“c”或“d”)。
(3)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________(填“>”“＝”或“<”)CHD2OH。若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇有________种。
Ⅰ
c
<
2
[解析] (3)根据(2)中信息知，直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应的活化能会变大，反应速率会变慢，所以MO＋与CH2D2反应转化为CH2DOD的速率低于转化为CHD2OH的速率，则氘代甲醇的产量：CH2DOD谢 谢 ！
