高二化学（人教版）教学课件 选择性必修一 第二章 第一节 第3课时 活化能

第3课时活化能新知探究(一)

活化能新知探究(二)利用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响课时跟踪检测目录命题热点——化学反应历程与能量

变化的图像分析新知探究(一)

活化能1.基元反应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。如2HI==H2+I2实际上是经过两步反应完成的，为2HI→H2+2I·，2I·→I2，其中，每一步反应都称为

，它反映了化学反应的反应历程。2.有效碰撞基元反应越快3.活化能和活化分子(1)活化分子:能够发生

的分子。(2)活化能:活化分子具有的

与反应物分子具有的平均能量之差。4.反应物、生成物的能量与活化能的关系[微点拨]

活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的(改变外界条件也可以改变反应的活化能，如加入催化剂)，即反应物自身的性质影响着化学反应所需的活化能，从而影响化学反应速率的大小。有效碰撞平均能量活化能反应热[题点多维训练]√1.(2025·西安质量检测)下列说法不正确的是(

)①当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时，才能发生化学反应②发生有效碰撞的分子一定是活化分子③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞④活化分子间每次碰撞都发生化学反应⑤能发生有效碰撞的分子必须具有足够高的能量A.①④

B.③④

C.④⑤ D.②⑤解析:当碰撞的分子具有足够的能量和合适的取向时，才能发生化学反应，即活化分子发生有效碰撞，才能发生化学反应，故①正确；发生有效碰撞的分子一定是活化分子，故②正确；活化分子间的碰撞有合适取向时才是有效碰撞，故③错误；活化分子间发生有效碰撞才能发生化学反应，故④错误；能发生有效碰撞的分子一定是活化分子，必须具有足够高的能量，故⑤正确。√2.卤代烃与端基炔(R'C≡CH)催化偶联反应的一种机理如图所示。下列说法错误的是(

)A.偶联反应中起催化作用的是M和CuIB.R'C≡CCu为该催化过程的中间产物C.该偶联反应的原理为R'C≡CH+RI→R'C≡CR+HID.该催化机理改变了反应路径和反应热解析:由转化图可知，偶联反应中起催化作用的是M和CuI，故A正确；由转化关系可知，R'C≡CCu

产生后又被消耗，为该催化过程的中间产物，故B正确；由流程可知，该偶联反应的原理为R'C≡CH+RI→R'C≡CR+HI，故C正确；催化剂改变反应路径，不改变反应热，故D错误。3.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现:①Ce4++Mn2+→Ce3++Mn3+；

②Ce4++Mn3+→Ce3++Mn4+；③Ti++Mn4+→Ti3++Mn2+。由此可知:(1)该反应的总反应的方程式为

。

(2)该反应的催化剂是

。

2Ce4++Ti+==2Ce3++Ti3+Mn2+解析:催化剂是在化学反应里能改变反应物的化学反应速率(既能提高也能降低)，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4+最终变为Ce3+，Ti+变为Ti3+，Mn2+没变，故为催化剂。新知探究(二)利用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响

导学设计H2O2是重要的消毒剂、氧化剂，研究其分解反应有重要意义。KI能催化H2O2的分解。①不加KI:2H2O2==2H2O+O2↑②加入KI:H2O2+I-==H2O+IO-；H2O2+IO-==H2O+O2↑+I-H2O2分解反应过程中能量变化如图所示。1.加入KI后，化学反应速率如何变化?为什么?提示:化学反应速率加快。KI是催化剂，加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的反应物分子变成活化分子，从而增大了单位体积内反应物分子中活化分子的数目，有效碰撞次数增多，反应速率增大。2.催化剂是否参与反应?催化剂是否改变了反应热?提示:催化剂参与了反应，改变了反应路径，但是没有改变反应热。3.若对该反应加热，化学反应速率加快，如何用碰撞理论解释此现象?提示:升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增加了反应物分子中活化分子的百分数，使得单位时间内有效碰撞的次数增加，反应速率增大。升高温度，不论是放热反应，还是吸热反应，都能增大化学反应速率。1.利用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响[微点拨]

向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。[系统融通知能]条件变化浓度增大压强增大温度升高使用催化剂微观因素变化活化分子百分数不变不变增加增加活化分子数目增加不变增加增加单位体积内活化分子数目增加增加增加增加有效碰撞增加增加增加增加化学反应速率变化加快加快加快加快2.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系[题点多维训练]√1.下列有关催化剂的说法错误的是(

)A.改变反应历程 B.改变基元反应的活化能C.可能提高主反应选择性 D.不能提高反应物转化率解析:催化剂可以改变反应历程，降低反应的活化能，加快反应速率，故A正确；催化剂可以改变反应历程，即可以把一个反应改变为多个基元反应，且每个基元反应的活化能都不同，故B正确；催化剂具有选择性，可能对主反应具有更好的催化效果，从而加快主反应的速率，故C正确；催化剂可提高平衡以前反应物的转化率，故D错误。√2.(2025·温州期中检测)下列关于有效碰撞理论与影响速率因素之间关系正确的是(

)A.增大反应物浓度，可以提高活化分子百分数，从而提高反应速率B.升高温度，反应物分子的能量增加，增加了活化分子的百分数，从而提高反应速率C.加入催化剂可以降低活化能，活化分子百分数虽然没变，但可以加快反应速率D.只要增大压强，就可提高单位体积内活化分子数，从而提高反应速率解析:增大反应物浓度，增大单位体积内活化分子个数，活化分子百分数不变，故A错误；升高温度，活化分子百分数增大，则化学反应速率加快，故B正确；催化剂能降低反应所需活化能，增大活化分子百分数，增大化学反应速率，故C错误；对于气体反应来说，压缩体积增大压强，增大单位体积内活化分子个数，活化分子有效碰撞几率增大，反应速率加快，对固体反应来说，增大压强无影响，故D错误。√3.下列说法不正确的是(

)A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能B.图乙中HI分子发生了有效碰撞C.盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零D.增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加解析:催化剂可降低反应的活化能，A正确；能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，由图乙可知碰撞后没有生成新物质，即没有发生化学反应，不是有效碰撞，B错误；盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水，在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态，因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零，C正确；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，D正确。命题热点——化学反应历程与能量

变化的图像分析1.能量历程图像(1)在无催化剂的情况下:E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；E1-E2为此反应的焓变(ΔH)。(2)有催化剂时，总反应分成了两个反应步骤，反应①为吸热反应，产物为总反应的中间产物，反应②为放热反应，总反应为放热反应。2.能垒图像(1)催化反应历程可表示为扩散→吸附→断键→成键→脱附。(2)催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来加快反应速率。活化能越大，反应越难进行。(3)复杂反应中的速度控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能大的反应速率改变程度大。能垒图参见下图:3.“环式”反应图像对于“环式”反应过程图像，位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦和⑧，“入环”的物质为反应物，如①和④，“出环”的物质为生成物，如②和③。[典例]

(2025·武汉高二期末)在发展非金属催化剂实现CO2电催化还原制备甲醇方面取得重要进展，该反应历程如图所示(CO、CH2O为副产物)。上述合成甲醇的反应速率较慢，要加快其反应速率，主要需降低过程中能量变化的基元反应为(

)A.*CO+*OH→*CO+*H2O B.*CO→*OCHC.*OCH2→CH2O D.*OCH3→*CH3OH[解析]

由图可知，合成甲醇的过程中*CO+*OH→*CO+*H2O的活化能最大，反应速率最慢，决定整体反应速率，所以主要降低该步骤的能量变化，则A正确。√|思维建模|三步突破能量变化图像1.(2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)⇌P(g)。反应历程(如图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是(

)A.使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大[题点多维训练]√解析:由图可知两种催化剂均出现四个波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行，A正确；由图可知该反应是放热反应，所以达平衡时，升高温度平衡向逆反应方向移动，R的浓度增大，B正确；由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误；由图可知在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低，反应速率较快，后两个历程中使用Ⅰ活化能较高，反应速率较慢，所以使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D正确。2.(2024·安徽卷)某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应:X(g)⇌Y(g)(ΔH1<0)，Y(g)⇌Z(g)(ΔH2<0)，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是(

)√解析:由题图可知，生成Y的速率大于生成Z的速率，则第一步反应的活化能比第二步反应的活化能小，C、D项错误；结合ΔH1、ΔH2均小于0可知，两步反应均为放热反应，故反应物的总能量高于生成物的总能量，则能量:X>Y>Z，A项错误，B项正确。3.电催化N2还原制NH3的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示，下列说法不正确的是(

)A.N2生成NH3是通过多步还原反应实现的B.两个氮原子上的加氢过程同时进行C.析氢反应(H*+H*→H2)会影响NH3的生成D.NH3的及时脱附有利于提高催化剂活性解析:由图可知，N2生成NH3是通过N2→*N2→*NNH……NH3多步还原反应实现的，故A不符合题意；由图可知，加氢过程是分步进行的(*N2→*NNH→*NHNH)，故B符合题意；析氢反应(H*+H*→H2)会导致NH3中H不足，从而影响NH3的生成，故C不符合题意；NH3的及时脱附，能够增加催化剂与反应物的接触面积，即有利于增加催化剂活性，故D不符合题意。√4.铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]-可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是(

)A.CH3COI是反应中间体B.甲醇羰基化反应为CH3OH+CO==CH3CO2HC.反应过程中Rh的成键数目保持不变D.存在反应CH3OH+HI==CH3I+H2O√解析:题干中明确指出，铑配合物[Rh(CO)2I2]-充当催化剂的作用，用于催化甲醇羰基化。由题干中提供的反应机理图可知，铑配合物在整个反应历程中成键数目、配体种类等均发生了变化；并且也可以观察出，甲醇羰基化反应所需的反应物除甲醇外还需要CO，最终产物是乙酸；因此，凡是出现在历程中的，既非反应物又非产物的物种如CH3COI以及各种配离子等，都可视作中间物种。通过分析可知，CH3COI属于甲醇羰基化反应的中间体；其可与水作用，生成最终产物乙酸，同时也可以生成使甲醇转化为CH3I的HI，A项正确；通过分析可知，甲醇羰基化反应，反应物为甲醇以及CO，产物为乙酸，方程式可写成:CH3OH+COCH3COOH，B项正确；通过分析可知，铑配合物在整个反应历程中，成键数目、配体种类等均发生了变化，C项不正确；通过分析可知，反应中间体CH3COI与水作用生成的HI可以使甲醇转化为CH3I，方程式可写成:CH3OH+HI==CH3I+H2O，D项正确。课时跟踪检测123456789101113√12一、选择题1.(2025·天津期中检测)工业制氢原理:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。改变下列条件能提高产生氢气的速率且提高活化分子百分率的是(

)①将炭块改为炭粉②增大水蒸气浓度③适当升高温度④加入高效催化剂A.①② B.①③C.③④ D.②④1412345678910111312解析:将炭块改为炭粉，可以增大C与H2O(g)的接触面积，可以使反应速率加快，但不能提高活化分子百分率，故①错误；增大水蒸气浓度，可以加快反应速率，但不能提高活化分子百分率，故②错误；适当升高温度，可以使更多的普通分子变为活化分子，因此既能提高产生氢气的速率也可以提高活化分子百分率，故③正确；加入高效催化剂，可以降低反应的活化能，使更多的普通分子变为活化分子，因此既能提高产生氢气的速率也可以提高活化分子百分率，故④正确。14√124567891011121332.改变下列条件，可以改变反应的活化能的是(

)A.温度 B.催化剂C.反应物浓度 D.压强解析:化学反应中，压强、浓度只能改变单位体积的活化分子数目，从而提高反应速率，而不能改变反应的活化能；温度只改变活化分子的百分数，不能改变反应的活化能，只有加入催化剂，才可以改变反应的活化能，使反应速率改变。14√124567891011121333.氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是(

)A.④③①② B.③④①②C.③④②① D.④③②①解析:物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都是由两个原子构成，它们在固体催化剂的表面会分解成单个的原子，原子再组合成新的氨分子，故反应历程的先后顺序为④③①②。14√124567891011121334.(2025·宁波期中检测)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1412456789101112133解析: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，故A错误；催化剂改变反应历程，降低反应的活化能，不能改变焓变，故B错误；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；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，故D错误。14√124567891011121335.(2025·洛阳月考)下列关于化学反应速率的说法中正确的是(

)A.决定化学反应速率的主要因素是反应物的组成、结构和性质B.加入适宜的催化剂，可使正反应的活化能降低，逆反应的活化能升高C.其他条件不变，压缩合成氨反应体系的体积，使活化分子百分数增大D.50mL1mol·L-1硫酸与足量铁片反应，加入少量的Na2SO4溶液，反应速率增大解析:决定化学反应速率的主要因素是反应物的组成、结构和性质，故A正确；加入适宜的催化剂，可降低正、逆反应的活化能，故B错误；压缩合成氨反应体系的体积，活化分子百分数不变，故C错误；50

mL

1

mol·L-1的硫酸与足量铁片反应，加入少量的Na2SO4溶液，c(H+)减小，反应速率减小，故D错误。14√124567891011121336.对于反应:4NH3(g)+5O2(g)==4NO(g)+6H2O(g)，下列说法不正确的是(

)A.升高温度，化学反应速率增大B.活化分子之间发生的碰撞一定是有效碰撞C.升高温度能增加活化分子百分数D.加入铂铑合金催化剂，化学反应速率增大解析:升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率加快，故A正确；活化分子发生有效碰撞时要有合适的取向，故活化分子之间发生的碰撞不一定是有效碰撞，故B错误；升高温度，普通分子能获取能量转化为活化分子，故活化分子百分数增大，故C正确；加入铂铑合金催化剂，能降低反应所需的活化能，加快化学反应速率，故D正确。14√124567891012111337.(2025·成都检测)已知CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)反应过程中的能量变化情况如图所示，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。下列判断错误的是(

)A.该反应的反应热ΔH=+91kJ·mol-1B.曲线Ⅱ加入了催化剂，反应速率加快C.反应物的总键能小于生成物的总键能D.如果该反应生成液态CH3OH，则放出的热量增大1412456789101211133解析:反应前能量比反应后能量高，则该反应放热，ΔH<0，故A错误；催化剂降低反应的活化能，故曲线Ⅱ加入了催化剂，加快反应速率，故B正确；该反应放热，则断裂旧键所吸收的能量小于形成新键所放出的能量，即反应物的总键能小于生成物的总键能，故C正确；液化时要放热，因此生成液态甲醇会放出更多的热量，故D正确。14√124567891011121338.已知1molH2O2分解放出热量98kJ，在含少量I-的溶液中，H2O2分解的机理如下:①H2O2+I-→H2O+IO-慢②H2O2+IO-→H2O+O2+I-快下列有关该反应的说法正确的是(

)A.当该反应放出98kJ的热量时会生成0.5molO2B.H2O2的分解速率主要是由反应②决定的C.IO-是该反应的催化剂D.催化剂的加入改变了该反应的反应热1412456789101112133解析:1

mol

H2O2分解放出热量98

kJ，则当该反应放出98

kJ的热量时有1

mol

H2O2分解，所以会生成0.5

mol

O2，故A正确；慢反应决定整个反应的反应速率，所以H2O2的分解速率主要是由反应①决定的，故B错误；将①+②可得总反应为2H2O2

2H2O+O2↑，则I-为反应的催化剂，故C错误；催化剂只改变反应速率，不改变反应的反应热，故D错误。14√124567891011121339.(2024·广东卷)对反应S(g)⇌T(g)(I为中间产物)，相同条件下:①加入催化剂，反应达到平衡所需时间大幅缩短；②提高反应温度，c平(S)/c平(T)增大，c平(S)/c平(I)减小。基于以上事实，可能的反应历程示意图(——为无催化剂，┄┄为有催化剂)为(

)1412456789101112133解析:提高反应温度，c平(S)/c平(T)增大，说明反应S(g)⇌T(g)的平衡逆向移动，即该反应为放热反应，c平(S)/c平(I)减小，说明S生成中间产物I的反应平衡正向移动，属于吸热反应，由此可排除C、D选项，加入催化剂，反应达到平衡所需时间大幅缩短，即反应的决速步骤的活化能下降，使得反应速率大幅加快，活化能大的步骤为决速步骤，符合条件的反应历程示意图为A。1412456789101112133√10.2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

ΔH=-198kJ·mol-1。在V2O5存在时该反应机理为①V2O5+SO2→2VO2+SO3(快)；②4VO2+O2→2V2O5(慢)。下列说法不正确的是(

)A.该反应速率主要由第②步基元反应决定B.基元反应发生的先决条件是反应物分子必须有足够的能量C.V2O5的存在提高了该反应活化分子百分数，使有效碰撞次数增加，反应速率加快D.逆反应的活化能比正反应的活化能大198kJ·mol-1解析:总反应速率由最慢反应的一步决定，该反应速率主要由第②步基元反应决定，故A正确；基元反应原理是反应物分子必须发生有效碰撞，基元反应发生的先决条件是有足够的能量和碰撞方向，故B错误；反应前后V2O5的量没有改变，V2O5是该反应的催化剂，故C正确；ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能=-198

kJ·mol-1，所以逆反应的活化能比正反应的活化能大198

kJ·mol-1，故D正确。141245678910111213311.CO2的转化一直是世界范围内的研究热点。利用两种金属催化剂，在水溶液体系中将CO2分别转化为CO和HCOOH的反应过程示意图如下:下列说法正确的是(

)A.在转化为CO的路径中，只涉及碳氧键的断裂和氢氧键的形成B.在转化为HCOOH的路径中，CO2被氧化为HCOOHC.两个转化路径均有非极性键的形成D.上述反应过程说明催化剂具有选择性√1412456789101112133解析:由图可知，在转化为CO的路径中，既涉及碳氧键的断裂和氢氧键的形成，还有碳氧键的形成，A项错误；在转化为HCOOH的路径中，CO2转化为HCOOH是加氢过程，故是还原反应而不是氧化反应，B项错误；两个转化路径中涉及的化学键均为极性键，C项错误；二氧化碳在不同催化剂作用下，分别可生成甲酸和CO，说明催化剂具有选择性，D项正确。1412√12456789101113312.我国科研工作者构建了一种在反应过程中能同时活化水和甲醇的双功能结构催化剂，可以实现氢气的高效存储和安全运输。如图是甲醇脱氢转化的反应历程(TS表示过渡态)。下列说法错误的是(

)A.CH3OH的脱氢反应是分步进行的B.甲醇脱氢反应历程的最大能垒(活化能)是0.95eVC.甲醇脱氢反应中断裂的化学键只有C—HD.该催化剂的研发为醇类重整产氢的工业应用提供了思路1412124567891011133解析:由图可知CH3OH逐步脱去H，所以CH3OH的脱氢反应是分步进行的，故A正确；观察发现最后CO+4H→CO(g)+4H的能垒最大，为-2.16

eV-(-3.11)Ev=0.95

eV，故B正确；甲醇脱氢反应中断裂的化学键有C—H和O—H，故C错误；该催化剂使甲醇上的氢全部脱离，大大提高了氢气的产率，所以该催化剂的研发为醇类重整产氢的工业应用提供了新思路，故D正确。1412456789101112133二、非选择题13.(12分)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。请认真观察如图，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=

kJ·mol-1(用含E1、E2的代数式表示)。

放热需要E2-E11412456789101112133

解析:ΔH=正反应活化能-逆反应活化能，故逆反应活化能=正反应活化能-ΔH=167.2

kJ·mol-1-(-241.8

kJ·mol-1)=409.0

kJ·mol-1。409.0kJ·mol-1141245678910111213313.(12分)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。请认真观察如图，然后回答问题。

(3)对于同一反应，图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能

(填“升高”“降低”或“不变”)，对反应热是否有影响?

，原因是________________________