人教版高中化学选择性必修1第二章化学反应速率与化学平衡第一节第3课时活化能课件

(共50张PPT)
[学习目标]
1.知道化学反应是有历程的，认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响。
2.能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响。
3.知道催化剂可以改变反应历程，能从调控化学反应速率的角度分析和选择条件。
1.基元反应与反应历程
大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为 ，它反映了化学反应的反应历程(机理)。
2.有效碰撞理论
(1)基元反应发生的先决条件： 。
(2)有效碰撞
基元反应
反应物的分子必须发生碰撞
大
3.活化分子和活化能
(1)活化分子：能够发生 的分子。
(2)活化能：活化分子具有的平均能量与 具有的平均能量之差。
(3)反应物、生成物的能量与活化能的关系
有效碰撞
反应物分子
E1：正反应的活化能；
E2：活化分子变成生成物分子放出的能量，也可认为是逆反
应的活化能；
E1－E2：反应热，即ΔH＝E1－E2。
[自我思考]
1.据文献报道，我国学者提出O2氧化HBr生成Br2的反应历程如图所示。
用化学用语表示三步基元反应的历程：
反应①：__________________________。
反应②：__________________________。
反应③：__________________________。
HBr＋O2===HOOBr
HOOBr＋HBr===2HOBr
HBr＋HOBr===H2O＋Br2
2.反应A→C分两步进行：①A→B，②B→C。反应过程的能量
变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。
(1)A→C反应的快慢由反应________(填“①”或“②”)决定。
(2)整个反应中ΔH＝________________。
①
E1－E2＋E3－E4
[正误判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)。
√
(1)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)活化能指活化分子多出反应物分子平均能量的那部分能量( )
(3)使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)( )
(4)由多个基元反应构成的化学反应中，其快慢取决于反应历程中的慢反应( )
(5)在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快( )
√
×
√
×
1.(2025·山东济南高二统考)一定条件下，三个基元反应的正反应活化能[Ea(正)]和逆反应活化能[Ea(逆)]如表：
基元反应 Ea(正)(kJ·mol-1) Ea(逆)(kJ·mol-1)
Ⅰ 30 55
Ⅱ 70 21
Ⅲ 16 35
正反应为放热反应的是(　　)
A.Ⅰ、Ⅱ B.Ⅰ、Ⅲ
C.Ⅱ、Ⅲ D.Ⅱ
B
解析　ΔH＝Ea(正)－Ea(逆)，基元反应Ⅰ的ΔH＝(30－55)kJ·mol-1＝－25 kJ·mol-1，基元反应Ⅱ的ΔH＝(70－21)kJ·mol-1＝＋49 kJ·mol-1，基元反应Ⅲ的ΔH＝(16－35)kJ·mol-1＝－19 kJ·mol-1；ΔH<0，该反应为放热反应，则基元反应Ⅰ、Ⅲ的正反应为放热反应，故选B。
2.一定条件下，CH4分解生成碳的反应历程如图所示。下列有关说法不正确的是
(　　)
A.该反应为吸热反应
B.该反应历程共分4步进行
C.第1步的正反应活化能最小
D.第2步反应的ΔH2大于第3步反应的ΔH3
解析　该反应中反应物的总能量小于生成物的总能量，故为吸热反应，A正确；该反应中4个H原子逐步失去，故共分4步进行，B正确；由题图可知，第3步的正反应活化能最小，C错误；第2步反应的ΔH2大于0，第3步反应的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D正确。
C
1.浓度、压强对化学反应速率的影响
分
子总数
百分
数
增大
2.温度、催化剂对化学反应速率的影响
分子总数
百分数
增大
[正误判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)。
×
(1)反应物用量增加后，有效碰撞次数增多，反应速率增大( )
(2)升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来增大化学反应速率的( )
(3)对于一个确定的化学反应来说，化学反应的活化能越小，该反应的速率越大( )
(4)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化( )
(5)向反应体系输入能量，有可能改变化学反应速率( )
√
×
√
×
1.下列关于有效碰撞理论的说法一定正确的是(　　)
A.使用催化剂，单位体积内活化分子数增大，反应速率加快
B.增大浓度，活化分子百分数增大，反应速率加快
C.升高温度，反应的活化能降低，反应速率加快
D.增大压强，所有反应的有效碰撞概率增大，反应速率加快
解析　催化剂降低了反应需要的能量，一些普通分子成为了活化分子，单位体积内活化分子数增大，反应速率加快，故A正确；增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子数，但不会增大单位体积内活化分子的百分数，故B错误；升高温度并不能降低活化能，而是部分普通分子获得能量转化为活化分子，导致活化分子百分数增大，有效碰撞几率增大，从而使化学反应速率提高，故C错误；压强改变只对有气体参加的反应有影响，若反应中无气体参与，改变压强反应速率不变，故D错误。
A
2.(2025·河南平顶山高二统考)我国科学家提出了由CO2 和CH4 直接转化为CH3COOH 的催化反应进程，反应进程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.图中对应的热化学方程式为CO2(g)＋CH4(g)===
CH3COOH(l)　ΔH＝－(E1－E2)kJ·mol-1
B.曲线b对应的活化能小于曲线a对应的活化能
C.曲线b代表使用催化剂时的能量变化曲线
D.催化剂改变了反应进程，但不改变反应的焓变
A
解析　由图像可知，该反应为放热反应，其热化学方程式为CO2(g)＋CH4(g)===CH3COOH(l)　ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol-1，A错误；从图分析，E1为曲线a的活化能，则曲线b对应的活化能小于曲线a对应的活化能，B正确；使用催化剂能降低反应的活化能，故曲线b代表使用催化剂时的能量变化曲线，C正确；催化剂改变了反应进程，改变反应的活化能，但不改变反应的焓变，D正确。
3.如图是表示某化学反应历程图像，其中TS表示中间过渡态(活化分子)。
回答下列问题：
(1)A＋B―→ E＋F的反应机理可表示为
第一步：____________；
第二步：____________。
(2)A＋B―→ E＋F的焓变ΔH＝___________kJ·mol-1，
中间产物是________。
(3)通常用Ea表示基元反应的活化能。
第一步反应的活化能Ea1＝_______kJ·mol-1；
第二步反应的活化能Ea2＝_______kJ·mol-1。
(4)一般认为，活化能越大，基元反应的反应速率越小。观察上图判断，决定总反应快慢的步骤是________。
A＋B―→ C
C―→ E＋F
E3－E1
E4－E1
E5－E2
第一步
C
反应机理中间体、催化剂的判断
(1)中间体(中间产物)只在反应过程中出现，初始反应物和反应产物中均不存在。
(2)反应前后存在，反应过程中不存在的物质是催化剂。
[名师点睛]
1.(2025·山东聊城高二期中)已知某基元反应为2HI―→ H2＋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(　　)
D
解析　有效碰撞理论：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2HI―→ H2＋2I·，故选D。
2.(2025·云南大理高二期末)在恒容条件下，能使C(s)＋CO2(g) 2CO(g)正反应速率增大且活化分子的数目也增大的措施是(　　)
A.温度不变，增大CO2 的浓度
B.加入固体碳
C.温度不变，通入Ne 使气体的压强增大
D.降低反应的温度
解析　温度不变，增大反应物浓度，可以增加单位体积内活化分子数目，从而加快反应速率，故A符合题意；加入固体反应物对反应速率无影响，故B不符合题意；温度不变，恒容条件通入惰性气体对反应速率无影响，故C不符合题意；降低温度，反应速率减小，故D不符合题意。
A
3.化学反应：2HI(g)===H2(g)＋I2(g)　ΔH实际上是经过两步基元反应完成的，第一步：2HI―→ H2＋2I·；第二步：……。该反应过程的能量变化如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A.第一步反应的逆反应的活化能是(E5－E3)
B.第二步基元反应是2I· ―→ I2
C.分子有效碰撞几率最大的步骤对应的基元反应是第一步
D.若使用催化剂，(E2－E1)不会发生变化
C
解析　第一步反应的逆反应的活化能是(E5－E3)，A项正确；总反应减去第一步基元反应可以得到第二步基元反应，B项正确；分子有效碰撞几率最大的步骤就是反应速率最快的步骤，也就是活化能最小的步骤，由图知，第二步的活化能最小，C项不正确；ΔH＝E2－E1，催化剂的使用不改变ΔH，D项正确。
4.X(g)＋Y(g) Z(g)＋W(s)反应过程中能量变化如图，下列说法正确的是(　　)
A.该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
B.该反应的ΔH＝(E2－E1)kJ·mol-1
C.若加入催化剂，(E3－E2)的值不变
D.若升高温度，活化分子百分数不变1
A
解析　由图像可知反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，由ΔH＝E正－E逆<0，则正反应的活化能小于逆反应的活化能，故A正确；由图像可知，反应热为生成物总能量与反应物总能量差值，ΔH＝(E1－E2)kJ·mol-1，故B错误；加入催化剂，可降低活化能，则(E3－E2)的值减小，故C错误；升高温度，活化分子百分数增大，故D错误。
5.(2025·湖北鄂州高二月考)请根据下图回答问题：
吸热
(1)图中所示反应是________(填“吸热”或“放热”)
反应，该反应的ΔH＝__________kJ·mol-1
(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)对于同一反应，上图虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化
活化分子的最低能量明显降低，反应速率增大，你认
为最有可能的原因是_____________。
(3)已知热化学方程式：A(g)＋2B(g)===C(g)　ΔH＝＋a kJ·mol-1。该反应的活化能为b kJ·mol-1，则其逆反应的活化能为________kJ·mol-1。
＋(E2－E1)
使用了催化剂
(b－a)
解析　(1)由题图可知，生成物的总能量大于反应物的总能量，该反应为吸热反应；ΔH＝＋(E2－E1)kJ·mol-1。(2)催化剂可以降低反应的活化能，从而使反应速率增大，所以最有可能的原因是使用了催化剂。(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能，所以逆反应的活化能为(b－a)kJ·mol-1。
1.(2025·高二上广西期中)反应2HI(g) I2(g)＋H2(g)实际上是经过了两步反应完成的：①2HI―→ H2＋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　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；题述反应①②都是基元反应，C正确；该反应为一变多的反应，属于分解反应，D正确。
B
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2.(2025·河南许昌高二月考)在有气体参加的反应中，能使反应物中活化分子总数和活化分子百分数都增大的措施有(　　)
①增大反应物浓度　②增大压强　③升高温度　④加入催化剂
A.①② B.②④
C.①③ D.③④
解析　①增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增加，活化分子百分数不变；②增大压强，单位体积内活化分子数目增加，活化分子百分数不变；③升高温度，活化分子数目增加，活化分子百分数增大；④加入催化剂，降低反应所需活化能，活化分子数目增加，活化分子百分数增大。综上所述，故选D。
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3.碳单质在生产、生活中用途广泛。炭黑可以活化氧分子得到活化氧(O*)，活化氧可以快速氧化SO2，从而消除雾霾。其活化过程中的相对能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)

A.活性炭可去除水中的悬浮杂质
B.生成活化氧的ΔH>0
C.活化过程中有水时的活化能降低
D.氧化SO2的过程中，炭黑起催化作用
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解析　活性炭具有吸附性，可去除水中的悬浮杂质，A正确；根据题图可知，生成活化氧时，反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，ΔH<0，B错误；根据题图可知，无水时反应的最大活化能为0.75 eV，有水时反应的最大活化能为0.57 eV，所以有水时反应的活化能降低，C正确；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑可以活化氧分子得到活化氧，所以炭黑是SO2转化为SO3的催化剂，D正确。
4.已知X转化为Z和W分步进行：①X(g) Y(g)＋2W(g)，②Y(g) Z(g)＋W(g)，其反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.Ea2是反应①的活化能
B.1 mol X(g)的能量一定低于1 mol Y(g)的能量
C.Y(g) Z(g)＋W(g)　ΔH＝－(Ea2－Ea4)kJ·mol-1
D.反应②更容易发生，气体Y很难大量存在
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解析　由题图可知，Ea1是反应①的活化能，A项错误；由题图可知，1 mol X(g)的能量低于1 mol Y(g)和2 mol W(g)的能量之和，但不能确定1 mol X(g)的能量一定低于1 mol Y(g)的能量，B项错误；由题图可知，Y(g) Z(g)＋W(g)　ΔH＝＋(Ea3－Ea4)kJ·mol-1，C项错误；反应②的活化能比反应①的小，所以反应②更容易发生，反应①生成的Y(g)很容易发生转化，所以气体Y很难大量存在，D项正确。
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8.氨气是一种重要的化工产品，有广泛用途，工业上可由氢气和氮气合成氨气。回答下列问题：
(1)已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，该反应过程中的能量变化如图1所示。
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335
＋46.2 kJ·mol-1
(2)恒温下，将一定量的N2、H2置于10 L密闭容器中发生上述反应，反应过程中各物质的浓度随时间的变化情况如图2。则0～10 min内的反应速率v(H2)＝________________。
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0.3 mol·L-1·min-1
①吸附后，能量状态最低的是_______(填字母)。
②结合上述原理，在固体Fe催化剂表面进行NH3的分解实验，发现NH3的分解速率与其浓度的关系如图4所示。从吸附和解吸过程分析，c0之前反应速率增加的原因可能是____________________________________________________；
c0之后反应速率降低的原因可能是___________________________________________
_______________。
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C
氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大
催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从
催化剂表面解吸
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9.(2025·海南海口高二期末)利用H2和CO2合成甲醇：3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反应的历程如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.合成甲醇反应为放热反应
B.*OCH2―→ *OCH3的活化能为0.02 eV
C.副产物有CO、CH2O，其中CO相对较少
D.合成甲醇反应历程中速率较小的是*CO＋*OH―→ *CO＋*H2O
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解析　由题图可知，生成物总能量高于反应物总能量，该反应为吸热反应，A项错误；*OCH2―→ *OCH3的活化能为 0.58 eV－(－0.60 eV)＝1.18 eV，B项错误；由题图可知，副产物有CO、CH2O，由于活化能越大，反应速率越小，故CO相对较多，C项错误；活化能越大，反应速率越小，故合成甲醇反应历程中速率较小的是*CO＋*OH―→ *CO＋*H2O，D项正确。
10.N2O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N2O(g)＋CO(g) CO2(g)＋N2(g)　ΔH，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(　　)
A.ΔH＝ΔH1＋ΔH2
B.ΔH＝－226 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Pt2O
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11.(2025·福建漳州高二期中)研究反应速率的影响因素有助于对相关反应原理的理解。请回答下列问题：
Ⅰ.某些金属及金属氧化物对H2O2的分解反应具有催化作用。某同学选用Ag、Pt、Cu、TiO2作为催化剂，在25 ℃时，保持其他实验条件相同，测得生成的O2体积(V)与分解时间(t)的关系如图所示(O2的体积已折算成标准状况)。
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(1)在不同催化剂存在下，H2O2分解反应的活化能由大到小顺序是 Ea(________)>
Ea(______)>Ea(______)>Ea(______)(括号内填写催化剂的化学式)。
(2)金属Pt催化下，0～400 s内H2O2分解生成氧气的反应速率v(O2)＝_________mol·s-1
(保留两位有效数字)。
Ⅱ.环戊二烯(Y)容易发生聚合生成二聚体，该反应为
可逆反应(以2Y Y2表示该反应)。不同温度下，
溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示。
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(3)温度T1与T2的大小关系为T1_____(填“>”或“<”)T2。
(4)b点时Y2的浓度为________mol·L-1。
TiO2
Cu
Pt
Ag
8.9×10-7
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