第06讲 活化能（教师版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

第06讲活化能1.知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程。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，体会理论模型的建构过程，强化模型认知意识。一、有效碰撞理论1．基元反应大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为基元反应。如2HI=H2＋I2的2个基元反应为2HI→H2＋2I·、2I·→I2。2．反应机理先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。3．基元反应发生的先决条件反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次碰撞都能发生化学反应。4．有效碰撞5．活化能和活化分子(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。(2)活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。6．反应物、生成物的能量与活化能的关系图7．基元反应的反应历程二、有效碰撞理论影响化学反应速率因素的解释1．浓度反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。2．压强增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。3．温度升高温度→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。4．催化剂使用催化剂→改变了反应的历程(如下图)，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率加快。【归纳总结】活化分子、有效碰撞与反应速率的关系考点01活化分子与有效碰撞理论【例1】下列关于有效碰撞理论的说法一定正确的是A．催化剂在化学反应过程中参与了反应，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【答案】A【解析】A．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；B．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；C．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；D．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；故选A。【变式1-1】下列关于活化能和简单碰撞理论说法正确的是A．活化分子间的碰撞都是有效碰撞B．催化剂之所以能改变化学反应速率，是因为它能改变反应历程，改变反应的焓变C．活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做活化能D．升高温度和增加反应物浓度，都能加快反应速率，是因为增加了活化分子百分数，使单位时间内的有效碰撞次数增加，从而增加化学反应速率【答案】C【解析】A．活化分子在能量上具备了发生反应的条件，但若发生化学反应，还需具有一定的方向，所以活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞，A不正确；B．催化剂之所以能改变化学反应速率，是因为它能改变反应历程，从而改变反应的活化能，但不能改变反应的焓变，B不正确；C．活化能是活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差值，活化能越小，反应越容易发生，C正确；D．升高温度能增加活化分子百分数，增加反应物浓度，活化分子的百分数不变，但它们都能增大单位体积内的活化分子数，从而使单位时间内的有效碰撞次数增加，从而增加化学反应速率，D不正确；故选C。【变式1-2】下列说法正确的是A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，使有效碰撞次数增大B．升高温度可降低化学反应活化能，提高了活化分子百分数，加快化学反应速率C．催化剂能降低反应活化能，增大反应物分子的活化分子百分数，只加快正反应速率D．有气体参加的反应中，增大压强(缩小体积)能使单位体积内的反应物活化分子数增大【答案】D【解析】A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的个数，从而使有效碰撞次数增大，但活化分子的百分数不变，A项错误；B．升高温度不能降低化学反应的活化能，B项错误；C．催化剂降低反应的活化能，可增大单位体积内活化分子百分数以及活化分子个数，从而使有效碰撞次数增大，正逆反应速率均增大，C项错误；D．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的容积)，可增加活化分子的浓度，即能使单位体积内的反应物活化分子数增大，D项正确；答案选D。考点02化学反应历程能量探析【例2】反应的反应机理如下．下列说法错误的是①（快）②（慢）③（快）A．②反应的活化能最大B．②中与的碰撞仅部分有效C．和是该反应的催化剂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】A．活化能越大，化学反应速率越慢，②反应的反应速率最慢，活化能最大，故A正确；B．分子碰撞中，能发生化学反应的碰撞属于有效碰撞，需要发生碰撞的分子为活化分子，且碰撞的取向正确，反应②只有部分分子发生有效碰撞，故B正确；C．根据反应的历程，和是在反应过程中产生又被消耗，是该反应的中间产物，故C错误；D．总反应为放热反应，逆反应的活化能比正反应的活化能大，故D正确；故选C。【变式2-1】氢气和氧气在催化剂作用下发生爆炸式反应生成水，主要反应机理如下。下列说法错误的是①②③④A．为反应的中间体B．反应过程不可能生成C．反应的活化能因使用催化剂而降低D．自由基()的反应活性很强，寿命极短【答案】B【分析】氢气和氧气在催化剂作用下发生反应生成水的总反应为：。【解析】A．过程①、③、④中生成，过程②中消耗，为反应的中间体，A说法正确；B．过程②、③产生的，B说法错误；C．催化剂降低反应的活化能，加快反应的速率，C说法正确；D．自由基()的反应活性很强，寿命极短，D说法正确；故答案为：B。【变式2-2】对于反应实际上是经过下列两步完成的：①；②。下列说法不正确的是A．上述三个反应均称为基元反应B．基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞C．活化能指的是活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差D．催化剂能改变反应历程，改变反应的活化能【答案】A【解析】A．上述三个反应只有①②称为基元反应，故A错误；B．基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，分子只有发生碰撞，才有可能是有效碰撞，发生基元反应，故B正确；C．活化能是活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差值，活化能越小，反应越容易发生，故C正确；D．催化剂能改变反应历程，改变反应的活化能，不能改变焓变，故D正确；故选A。考点03有关活化能的图像分析【例3】某反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是A．该反应为放热反应B．催化剂能同时改变该反应的活化能和焓变C．使用催化剂能同时提高正逆反应速率D．该反应的ΔH=E2-E1【答案】C【解析】A．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，则该反应为吸热反应，故A错误；B．催化剂能降低反应的活化能，不能改变反应焓变，故B错误；C．使用催化剂能同等程度的提高正逆反应速率，故C正确；D．由图可知，该反应的ΔH=E1-E2，故D错误。答案选C。【变式3-1】一定条件下N2(g)、O2(g)反应生成NO(g)的能量关系如图所示，下列说法错误的是A．B．该反应中反应物分子的每次碰撞都为有效碰撞C．正反应的活化能大于逆反应的活化能D．使用催化剂可增加单位时间内NO的产量【答案】B【解析】A．由图知，N2、O2转化为NO的反应是吸热反应，A正确；B．并不是反应物分子的每次碰撞都能发生反应，引发化学反应的碰撞叫有效碰撞，B错误；C．该反应的正反应为吸热反应，则正反应的活化能大于逆反应的活化能，C正确；D．使用催化剂可加快反应速率，故可增加单位时间内NO的产量，D正确。故选B。【变式3-2】大气中的臭氧层能有效阻挡紫外线。臭氧层中O3分解过程如图所示，下列说法正确的是A．催化反应①、②和总反应均是放热反应B．决定O3分解反应速率的是催化反应②C．E1是催化反应①正反应的活化能D．Cl是反应的催化剂，改变了反应历程，降低了△H【答案】C【解析】A．据图像可知，反应①生成物能量高于反应物，则反应①为吸热反应，A错误；B．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应；反应①的活化能更大，则决定分解反应速率的是催化反应①，B错误；C．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，E1是催化反应①正反应的活化能，C正确；D．Cl是反应的催化剂，改变了反应历程，但催化剂不影响反应热，D错误；故选C。1．下列调控反应速率的措施或实验中，没有改变活化分子百分数的是A．在合成氨工业中，选择铁触媒作催化剂B．炎热的夏季，把容易变质的食物贮存在冰箱里C．实验室向溶液中加入粉末，制取实验所需的D．金属Fe在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不相同【答案】D【解析】A．催化剂降低了反应的活化能，活化分子百分数增大，A不符合题意；B．降低温度，分子能量降低，活化分子百分数减小，B不符合题意；C．二氧化锰作催化剂，催化剂降低了反应的活化能，活化分子百分数增大，C不符合题意；D．氧气浓度不同，纯氧氧气浓度大，单位体积内反应物分子数增多，活化分子百分数不变，也能使单位体积内有效碰撞次数增多，反应速率加快，故D符合题意。答案选D。2．某化学反应X→Y分两步进行；①X→M；②M→Y。其能量变化如图所示，下列说法错误的是A．M是该反应的催化剂，可降低该反应的焓变，提高该反应的速率B．该反应是放热反应C．X、Y、M三种物质中Y最稳定D．反应①是总反应的决速步骤【答案】A【分析】由题意可知，X为反应物、Y为生成物、M为中间产物。【解析】A．M为反应的中间产物，A错误；B．由图可知，X转化为Y的反应为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应，B正确；C．物质的能量越低越稳定，由图可知，X、Y、M三种物质中Y的能量最低，所以三种物质中Y最稳定，C正确；D．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，图中峰值越小则活化能越小，反应①的活化能较②大，活化能越大反应越慢，则①是总反应的决速步骤，故D正确；故选A。3．下列关于可逆反应的说法中正确的是A．活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞B．增大反应物的浓度，可使单位体积内活化分子百分数增大，反应速率增大C．升高反应体系温度，可使单位体积内活化分子数增大，反应速率减小D．催化剂能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子百分数增大，反应速率增大【答案】D【解析】A．活化分子之间的碰撞不一定是有效碰撞，A项错误；B．增大反应物的浓度，单位体积内分子总数增多，活化分子百分数不变，可使单位体积内活化分子数增多，增大反应速率，B项错误；C．升高反应体系温度，活化分子百分数增加，可使单位体积内活化分子数增大，反应速率增大，C项错误；D．催化剂能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子百分数增大，单位体积内活化分子数增大，反应速率增大，D项正确；答案选D。4．下列关于化学反应速率的说法正确的是A．升高温度可降低化学反应的活化能，提高活化分子百分数，加快化学反应速率B．反应物浓度增大，单位体积活化分子数增多，有效碰撞的几率增加，反应速率增大C．催化剂能提高活化分子的活化能，从而加快反应速率D．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的容积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率加快【答案】B【解析】A．升高温度部分非活化分子吸收能量后变为活化分子，所以增大活化分子百分数，化学反应速率加快，但反应的活化能不变，故A错误；B．增大浓度，增大单位体积内活化分子个数，有效碰撞的几率增加，反应速率增大，故B正确；C．催化剂通过降低活化分子的活化能，从而加快反应速率，故C错误；D．缩小体积相当于增大压强，增大单位体积内活化分子个数，但活化分子百分数不变，故D错误。答案选B。5．在化学反应中，其他条件不变，仅改变下列其中一个条件，能提高活化分子百分数的是A．增大反应物浓度B．增大气体反应的压强(压缩体积)C．加入高效催化剂D．增大固体反应物的接触面积【答案】C【解析】A．增大反应物浓度，只能提高单位体积内活化分子总数，但不能改变活化分子百分数，A错误；B．增大气体反应的压强，只能提高单位体积内活化分子总数，但不能改变活化分子百分数，B错误；C．加入高效催化剂，降低活化能，可提高活化分子百分数，C正确；D．增大固体反应物的接触面积，能提高活化分子碰撞频率，但活化分子百分数不变，D错误；故选C。6．某反应过程的能量变化如图所示。下列说法中，不正确的是A．该反应为放热反应 B．曲线b表示有催化剂参与的反应过程C．反应i的∆H>0 D．反应i比反应ii的速率大【答案】D【解析】A．根据图像，反应物能量高于生成物能量，该反应为放热反应，A正确；B．曲线b活化能低于曲线a，但反应前后能量不变，说明加入了催化剂，B正确；C．反应i的生成物能量高于反应物能量，反应吸热，∆H>0，C正确；D．反应i的活化能比反应ii的活化能高，则反应i比反应ii的速率小，D错误；故选D。7．对于在一定条件下进行的化学反应，改变下列条件，可以提高反应物中的活化分子百分数的是①升高温度②加入催化剂③增大体系压强④增大反应物浓度A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】A【解析】①升高温度可提高反应物中的活化分子百分数，故①正确；②加入催化剂，降低活化能，可提高反应物中的活化分子百分数，故②正确；③增大压强只改变活化分子的数目，不改变百分数，故③错误；④增大反应物浓度只改变活化分子的数目，不改变百分数，故④错误。故选：A。8．下列说法正确的是A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，使有效碰撞次数增大B．气体参加的化学反应，压缩体积增大压强可增加活化分子百分数，加快反应速率C．升温能使化学反应速率加快，主要原因是增大了反应物分子的活化分子百分数D．催化剂影响反应活化能，增大反应物分子的活化分子百分数，只加快正反应速率【答案】C【解析】A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的个数，从而使有效碰撞次数增大，但活化分子的百分数不变，选项A不正确；B．有气体参加的化学反应，若增大压强（即缩小反应容器的体积），可增大单位体积内活化分子的个数，从而使有效碰撞次数增大，但活化分子的百分数不变，选项B不正确；C．升高温度可增大单位体积内活化分子数以及活化分子个数，从而使有效碰撞次数增大，化学反应速率增大，选项C正确；D．催化剂降低反应的活化能，可增大单位体积内活化分子数以及活化分子个数，从而使有效碰撞次数增大，正逆反应速率均增大，选项D不正确；答案选C。9．反应，其两种反应过程中的能量变化曲线如图a、b所示，下列说法错误的是A．a过程中反应的活化能为B．通常情况下，a过程中反应在低温下能自发进行C．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和D．b过程的反应速率是由第Ⅰ段决定【答案】C【解析】A．反应活化能为过渡态能量与反应物能量之差，则a过程中正反应的活化能为419kJ⋅mol-1，故A正确；B．该反应生成物的总能量低于反应总能量的反应，是放热反应即ΔH<0，该反应是气体分子数减小的反应，则ΔS<0，根据ΔG=ΔH-TΔS<0自发进行，a过程中反应在低温下能自发进行，故B正确；C．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能，但ΔH不变，故C错误；D．由图可知，第Ⅰ阶段的活化能大于第Ⅱ阶段，活化能越大反应速率越慢，则b过程的反应速率是由第Ⅰ段决定，故D正确；故选：C。10．与ICl的反应分两步完成，其能量曲线如下图所示。反应①：反应②：下列有关说法正确的是A．由于，所以该化学反应的速率主要由反应②决定B．基元反应①为放热反应，基元反应②反应物的总键能大于生成物的总键能C．D．升高温度，活化分子百分数增加，化学反应速率加快【答案】D【解析】A．，活化能越大，反应速率越慢，而慢反应决定总反应速率的快慢，所以该化学反应的速率主要由反应①决定，故A错误；B．由图可知反应①②中反应物总能量均高于生成物的总能量，均为为放热反应；放热反应中反应物的总键能小于生成物的总键能，故B错误；C．反应①和②总的能量变化为218kJ，正反应为放热反应，则其逆反应为吸热反应，则，故C错误；D．温度升高，活化分子百分数增大，从而使反应碰撞概率增大，反应速率加快，故D正确；故选：D。11．下列说法正确的是A．增大反应物的浓度，可以提高活化分子百分数B．通过压缩体积增大压强，可提高单位体积内活化分子数，从而增大反应速率C．使用催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，从而改变ΔHD．反应物分子的每一次碰撞都是有效碰撞【答案】B【解析】A．增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，A错误；B．通过压缩体积增大压强，单位体积内活化分子数增加，可提高单位体积内活化分子数，从而增大反应速率，B正确；C．使用催化剂，活化分子百分数增大，催化剂不能改变ΔH，只能加快化学反应，C错误；D．反应物分子的每一次碰撞不一定都是有效碰撞，只有能够发生化学反应的碰撞叫有效碰撞，D错误；故选B。12．氧簇催化与反应的机理如图所示。下列说法错误的是A．过程②有极性键、非极性键的断裂与形成 B．X代表的是C．过程①的原子利用率为100% D．为该反应的催化剂【答案】A【解析】A．过程②有氮氧极性键的断裂和铁氧极性键的形成，以及氮氮非极性键的形成，不存在非极性键的断裂，A错误；B．根据原子守恒，X代表的是，B正确；C．过程①的生成物只有一种，原子利用率为100%，C正确；D．开始时先和反应生成中间体后又生成，因此为该反应的催化剂，D正确；答案选A。13．一定条件下，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Ⅰ所示。下列说法错误的是()A．该反应中正反应的活化能为(E3－E2)kJ·mol－1B．该反应的反应热为(E1－E2)kJ·mol－1C．曲线Ⅱ表示其他条件不变，升高温度时的能量变化D．曲线Ⅲ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(E3－E2)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＝(E1－E2)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Ⅲ表示其他条件不变，加入催化剂时的能量变化，故D项正确。14．在化学反应中，能引发化学反应的分子间碰撞称之为有效碰撞，这些分子称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量叫活化能，其单位用kJ·mol－1表示。请认真观察下图，然后回答问题。(1)图中反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应________(填“需要”或“不需要”)环境先提供能量，该反应的ΔH＝________(用含E1、E2的代数式表示)。(2)已知：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1，该反应的活化能为167.2kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为________。(3)对于同一反应，图中虚线Ⅱ与