2.1.4+微专题+能量-反应过程图示模型及应用-2026-2027学年高二化学选择性必修1【同步课件】

高中化学人教版（2019）选择性必修1第一节化学反应速率第二章

化学反应速率与化学平衡能量—反应过程图示模型及应用微专题1.基元反应、过渡态理论及活化能(1)基元反应：研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成，往往要经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。

(2)过渡态理论：过渡态理论认为，反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。活化能与反应历程2.多步反应的活化能及与速率的关系(1)多步反应的活化能：一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)，而该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值，没有实际物理意义。(2)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越不容易，该基元反应的速率就越慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。活化能与反应历程3.催化剂与活化能(1)催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，生成能量更低的中间产物，降低了达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率加快。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。(2)催化反应一般过程(简化的过程)：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。活化能与反应历程

模型分析(1)过渡态理论中的活化能:①E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能;②反应热ΔH=E1-E2。(2)催化剂与活化能:①有催化剂参与反应时,活化能较小,反应速率较大;无催化剂参与反应时,活化能较大,反应速率较小;②使用催化剂能降低反应的活化能,但不能改变反应热(ΔH);③TS1、TS2是过渡态,图中包括2个过渡态(“波峰”对应的物质),因此使用催化剂后,反应分两步进行;④图中有1个中间体(“波谷”对应的物质),第一步反应的生成物是第二步反应的反应物。活化能与反应历程2.模型应用与指导(1)根据过渡态的数目确定使用催化剂时反应历程包含几步反应:过渡态数目(“波峰”对应物质)=分步反应的步数。(2)分步反应中,活化能最大的反应,反应速率最小,是整个反应历程的决速步。(3)可根据物质具有的相对能量判断其稳定性,物质具有的能量越小,该物质越稳定。活化能与反应历程图中:E1表示正反应的活化能,E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量(即逆反应的活化能),E3表示使用催化剂时正反应的活化能,反应热为E1-E2。3活化能与反应历程对于含有多步基元反应的反应历程,思维过程与上图相似。例如:一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。一般每出现一个峰,为一个过渡态,每越过一个峰,为一步反应。该历程分4步进行,其中第4步的正反应活化能最大。活化能最大的步骤为反应最慢的步骤,为决速步,决速步的反应为CH+3H→C+4H。活化能与反应历程反应热的计算有两种方法:①根据正、逆反应的活化能,本题中总反应的ΔH=E1+E3+E5+E7-E2-E4-E6-E8;②根据反应物和生成物的相对能量,ΔH=E(生成物)-E(反应物)。计算ΔH时,还应注意图像中能量的单位,我们通常使用的ΔH单位为kJ·mol-1,如图像中能量的单位为电子伏(eV),则图中微粒的量指的是微粒个数,如EeV单位换算后ΔH=E×1.6×10-19×6.02×1023×10-3kJ·mol-1=96.32EkJ·mol-1。活化能与反应历程4.三步突破活化能(能垒)图像活化能与反应历程例研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为：①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是A.反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应B.两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定C.Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物D.若转移1mol电子，则消耗11.2LN2O√活化能与反应历程解析反应②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A项错误；总反应速率由反应慢的决定，即由反应①决定，故B项错误；Fe＋作催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物，故C项正确；气体存在的条件未知，则不能确定气体的体积，故D项错误。活化能与反应历程例题1.催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应过程(如图所示)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是(

)A.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,能改变反应的活化能,但不能改变ΔHC.使用催化剂Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最大浓度更大模型应用1

催化剂与活化能模型——(直接应用)C活化能与反应历程解析

两种催化剂均出现四个波峰,故使用催化剂Ⅰ和Ⅱ的反应过程都分4步进行,A正确;使用催化剂Ⅰ和Ⅱ能改变反应的活化能,但不能改变ΔH,B正确;使用催化剂Ⅰ的最高活化能小于使用催化剂Ⅱ的最高活化能,使用催化剂Ⅰ时反应速率更大,反应体系更快达到平衡,C错误;在前两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较低,反应速率较大,后两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较高,反应速率较小,故使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最大浓度更大,D正确。解题指导

(1)关键信息:①图中两条曲线均出现4个“波峰”和3个“波谷”;②使用催化剂Ⅱ时,第1步反应的活化能较高;③使用催化剂Ⅰ时,M转化为相邻过渡态时的活化能更大。(2)加工应用:根据过渡态数目确定分步反应的步数,根据活化能大小确定分步反应的速率,再进行相关分析、判断。活化能与反应历程模型应用2

催化剂与活化能模型——(变形应用)例题2.纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的能量变化如下:活化能与反应历程下列说法不正确的是(

)A.反应C40H20(g)===C40H18(g)+H2(g)的ΔH>0B.图示过程包含3个基元反应C.整个过程的总反应速率由第3步反应决定D关键信息

①图中[C40H20+H·]的能量低于[C40H18+H·+H2]的能量;②图示反应过程中有3个过渡态;③第3步反应的活化能最大,反应速率最小。活化能与反应历程解析

由图可知,[C40H20+H·]的能量低于[C40H18+H·+H2]的能量,则反应C40H20(g)===C40H18(g)+H2(g)是吸热反应,ΔH>0,A正确;图示过程包含3个过渡态,故该反应过程包含3个基元反应,B正确;图中第3步反应的活化能最大,反应速率最小,该反应决定总反应的反应速率,C正确;由于第3步反应速率最小,而前两步反应速率相对较大,可能有大量

聚集,D错误。活化能与反应历程应用体验视角1直线式历程1.工业上利用NH3对烟道气进行脱硝(除氮氧化物)的SCR技术具有效率高、性能可靠的优势。SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂(MnO2)表面转化为N2和H2O,反应历程中的相对能量变化如图所示。下列说法正确的是(

)A.总反应方程式为6NO+4NH35N2+6H2O(ΔH<0)B.NH2NO是脱硝反应的催化剂C.升高温度,脱硝反应的正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度D.决定反应速率的步骤是“NH2NO的转化”A解析

由已知SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂(MnO2)表面转化为N2和H2O可知,总反应的方程式为6NO+4NH35N2+6H2O,根据反应物和生成物的相对能量高低,可以确定该反应为放热反应,A正确;观察相对能量-反应历程曲线知,NH3吸附在催化剂表面后,经过一定的反应形成了NH2NO,NH2NO又经过反应得到N2和H2O,所以NH2NO是脱硝反应的活性中间体,B错误;该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,所以升高温度后,脱硝反应的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,C错误;根据曲线表明,全过程中H的移除过程活化能最大,其速率是全过程几步反应中最慢的,决定了反应的速率,是总反应的决速步骤,D错误。应用体验2.硫酸盐(含

)气溶胶是PM2.5的成分之一。近期科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理,其主要过程示意图如图:下列说法不正确的是(

)A.该过程有H2O参与B.NO2是生成硫酸盐的氧化剂C.硫酸盐气溶胶呈酸性D.该过程没有生成硫氧键D应用体验应用体验3.我国科研人员在银催化简单烷烃的区域选择性方面取得了重要突破,有效克服烷烃C—H键的惰性并实现其区域选择性活化。一种对烷烃C—H键的选择性插入反应历程如图所示。下列说法正确的是(

)A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质中,最稳定的是ⅡB.总反应速率取决于由中间体1生成中间体2的一步C.升高温度,三个反应的速率均加快,有利于提高烷烃的转化率D.催化剂对化学反应具有选择性,生成不同产物的同时改变了反应的焓变B应用体验解析

物质能量越低越稳定,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质中最稳定的是Ⅰ,A错误;化学反应的速率取决于历程中反应慢的过程,中间体1生成中间体2的反应活化能最高,决定了总反应的速率,B正确;三个反应均为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,烷烃的转化率降低,C错误;催化剂具有选择性,只影响化学反应速率,不改变反应的焓变,D错误。应用体验4.水煤气变换反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH<0(简称WGS),在金属催化剂Au(Ⅲ)表面上发生的所有基元反应步骤的活化能数值(单位:kJ·mol-1)如下表,其中*表示催化剂表面活性位,X*表示金属表面活性位吸附物种。应用体验其他条件一定时,决定WGS反应速率的基元反应为

(填编号),基元反应CO*+O*CO2*+*的焓变ΔH=

kJ·mol-1。由表中数据计算WGS反应的焓变ΔH=

kJ·mol-1。

②

-166-55解析

分析表中数据,反应所需要的活化能越高,反应越难发生,所以该机理中WGS反应速率决速步骤是②,基元反应CO*+O*CO2*+*对应的是⑥ΔH=37

kJ·mol-1-203

kJ·mol-1=-166

kJ·mol-1,WGS反应的焓变ΔH=(150+71+74+37+17)

kJ·mol-1-(67+67+25+42+203)

kJ·mol-1=-55

kJ·mol-1。应用体验5.利用CO2与CH4制备合成气(CO、H2),可能的反应历程如图所示:说明:①C(ads)为吸附性活性炭,E表示方框中物质的总能量(单位:kJ·mol-1),TS表示过渡态。②相关化学键键能为C—H(413kJ·mol-1),C=O(745kJ·mol-1),C≡O(1075kJ·mol-1)应用体验解析

根据图示可知制备合成气总反应的ΔH=(E5-E1)

kJ·mol-1,A正确;若E3+E2<E4+E1,则E2-E1<E4-E3,即第二步的活化能更大,决速步骤为C(ads)+CO2(g)═2CO(g),B错误;设H—H键的键能为x

kJ·mol-1,则120=(413×4+745×2)-(1

075×2+2x),解得x=436,C正确;催化剂不改变化学平衡状态,则使用催化剂后,CO和H2平衡产率不改变,D正确。下列说法不正确的是(

)A.制备合成气总反应的ΔH可表示为(E5-E1)kJ·mol-1B.若E3+E2<E4+E1,则决定速率步骤的化学方程式为CH4(g)═C(ads)+2H2(g)C.若ΔH=+120kJ·mol-1,则H—H键键能为436kJ·mol-1D.使用催化剂后,CO和H2平衡产率不改变应用体验视角2循环型历程6.1)以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO),其脱硝机理如图所示,若反应中n(NO)∶n(O2)=2∶1,则总反应的化学方程式为____________________________________。

解析

根据图示可知,在催化剂的作用下,C2H4与NO、O2反应最终生成N2、CO2、H2O,反应中n