02发展素养(十二)变化观念-化学反应速率与反应历程【正文】听课手册

发展素养(十二)变化观念——化学反应速率与反应历程理解与反应历程相关的概念和理论1.基元反应、过渡态理论(1)基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中每一步反应都称为基元反应。(2)过渡态理论:基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状态称为过渡态。过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。2.反应历程基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。由几个基元反应组成的总反应也称为复杂反应。3.活化能活化能:活化分子的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差(碰撞理论)。基元反应的活化能越大,速率就越慢。活化能最大的基元反应,决定了整个复杂反应的反应速率,称为“决速步”或“控速步”。4.示例分析甲乙图示解读图甲(1)该反应的反应物为A、B,中间体为C,生成物为D。(2)由A、B生成C的反应为吸热反应,由C生成D的反应为放热反应,总反应为放热反应。(3)第一步为慢反应,第二步为快反应,决定总反应快慢的是第一步反应图乙(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(也可能为更多个),如图像所示,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。(3)催化剂的作用:降低E1、E2,但不影响ΔH,反应是放热反应还是吸热反应取决于起点(反应物)能量和终点(生成物)能量的相对大小例1科学家结合实验与计算机模拟结果,研究出了均相催化的思维模型。总反应:A+BAB(K为催化剂),反应①A+KAKEa1,反应②AK+BAB+KEa2。下列说法错误的是 ()A.第①步为决速步骤B.升高温度,该反应的速率加快C.该反应的ΔH=-EakJ·mol-1D.催化剂降低了活化能,加快了反应速率【信息解读】思路引导分析步骤1.通览全图→理清坐标含义能量变化图的横坐标表示反应的历程,横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段;纵坐标表示能量的变化;分清反应物和目标产物2.细看变化→分析各段反应仔细观察曲线(或直线)的变化趋势,分析每一阶段发生的反应是什么,找出各步反应历程的反应物和生成物,各阶段反应是放热还是吸热,能量升高为吸热,能量下降为放热;找出反应的活化能3.综合分析→作出合理推断综合分析所有反应历程,确定总反应的反应物、生成物、中间产物等,整合各项信息,紧扣题目要求,作出合理判断。如催化剂只改变反应的活化能,但不改变反应热,也不会改变反应物的平衡转化率变式题[2025·湖北武汉重点校联考]丙烯与HBr的加成反应可产生两种可能产物,其部分反应进程及能量变化如图所示。下列说法正确的是 ()A.丙烯与HBr加成的反应是基元反应B.从总能量上看,Ⅰ和Ⅱ相比较,Ⅱ较为稳定C.决定两种加成方式快慢的关键步骤分别是①和③D.相比之下,CH3CH2CH2Br为优势产物,是因为其产生路径活化能更低,活化分子百分比更大“能量-历程型”反应机理及分析1.物质的能量变化及稳定性的判断(1)物质的能量变化:根据反应物和生成物的总能量的相对高低,判断吸热反应和放热反应;根据物质具有的能量或共价键的键能确定反应热(ΔH)。(2)物质稳定性的判断:先确定物质具有能量的相对高低,一般情况,物质具有的能量越低,其稳定性越强。2.化学反应速率的比较(1)若化学反应分为多个基元反应,一般来说,活化能(Ea)越大,基元反应的反应速率越慢,反之则反应速率越快。(2)多步反应中,整个反应的总反应速率由慢反应步骤决定。3.“能量-历程”反应机理示例分析图示催化反应的一般过程:①反应物扩散到催化剂表面;②反应物被吸附在催化剂表面;③被吸附的反应物发生化学反应生成产物;④产物的解吸解读观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知,终态物质相对能量低于始态物质相对能量,说明该反应是放热反应。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大,活化能越大,由题图知,最大活化能E正=1.86eV-(-0.16eV)=2.02eV,该步起始物质为COOH*+H*+H2O*,产物为COOH*+2H*+OH*例2活泼自由基与氧气的反应一直是人们关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是 ()A.该反应为吸热反应B.产物的稳定性:P1>P2C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19kJ·mol-1D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)<v(P2)【信息解读】思路引导分析步骤1.通览全图→判断反应类型由图示知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量高,即该反应为放热反应2.细看变化→分析各段反应仔细观察图像,产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低,物质的能量越低越稳定3.综合分析→作出合理推断由图示知,中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,活化能越大反应速率越慢,慢反应为总反应的决速步骤变式题[2024·河北衡水示范高中三模]我国科研团队研究MoS2电催化合成氨反应[N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0]时,发现不同电解质溶液对催化历程的影响如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注。下列说法错误的是 ()A.反应放热是合成氨反应自发进行的主要助力B.选用Li2SO4作电解质的反应速率比选用K2SO4的快C.N2先吸附于催化剂表面再参加合成氨反应D.形成Li—S键合作用时,合成氨反应的ΔH的绝对值更大“物质-循环型”反应机理分析1.循环转化机理图像的解读图像解读对于“环式”反应历程图像,位于“环上”的物质是催化剂或中间体,如⑤⑥⑦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③2.循环转化机理题的解题思路(1)通览全图,找准一“剂”三“物”一“剂”指催化剂催化剂在机理图中多数是以完整的循环显现的,以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上三“物”指反应物、生成物、中间物(或中间体)反应物通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物生成物通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是产物三“物”指反应物、生成物、中间物(或中间体)中间体反应后生成的,在机理图中通过一个箭头脱离,但又通过一个箭头进入的是中间体,通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体,中间体有时在反应历程中用“[]”标出(2)逐项分析得答案:根据题给情境信息,找出催化剂、反应物、生成物、中间体,再结合每一选项设计的问题逐项分析判定,选出正确答案。例3[2025·辽宁名校联盟联考]在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是 ()A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少变式题[2