高三化学一轮复习讲义 37　第一篇　第四部分　专题6　第28讲　能量-反应历程图像与反应热比较(能力课)

第28讲能量—反应历程图像与反应热比较(能力课)1．理解反应历程与能量的关系图像或能垒图。2．理解反应热的大小比较方法。能量—反应历程图像分析1．曲线图类型(1)如图所示，反应A＋B→AB的活化能为Ea，加入催化剂后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。(2)由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”。第1步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。2．能垒图类型(如C2H2＋HCl→CH2CHCl)(1)图像的意义：纵坐标是能量，横坐标是反应历程，图像描述的是反应历程中各阶段不同中间产物所对应的能量(或相对能量)。(2)多能垒的原因：催化剂改变的是反应途径，也就是说，原来的一个反应，加入催化剂后就变成了多步反应，所以会出现多个能垒。(3)反应历程中的反应：图中的“爬坡”与“下坡”各对应一个基元反应，如上图中包含了5个基元反应。(4)最大能垒：“爬坡”即为能垒，最大能垒步骤属于“慢反应”，决定整个反应的速率。1．(2023·无锡模拟)已知反应S2O82-aq+2I-aq⥬2SO42-①2Fe3+(aq)＋2I－(aq)⥬I2(aq)＋2Fe2+(aq)②2Fe2+aqA．Fe3+是该反应的催化剂，加入Fe3+后降低了该反应的活化能B．该反应正反应活化能小于逆反应活化能C．该反应可设计成原电池D．向该溶液中滴加淀粉溶液，溶液变蓝，适当升温，蓝色加深2．(2024·江苏南京学情调研)“碳达峰、碳中和”是我国社会发展重大战略之一。CH4与CO2经催化重整可制得CO和H2，相关反应如下：主反应：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH副反应：Ⅰ．H2(g)＋CO2(g)=H2O(g)＋CO(g)ΔH1Ⅱ．2CO(g)=CO2(g)＋C(s)ΔH2Ⅲ．CH4(g)=C(s)＋2H2(g)ΔH3Ⅳ．CO(g)＋H2(g)=C(s)＋H2O(g)ΔH4其中，副反应Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ形成的积炭易导致催化剂活性降低。(1)主反应的ΔH＝________。(2)CH4的还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝ΔnCO2ΔnCH4(同一时段内CO2与CH4的物质的量的变化量之比)。常压下，将CH4和CO2按物质的量之比1∶3①CH4的转化率在800℃时远大于400℃时的原因是____________________________________________________________________。②400～600℃时，R值的变化情况为________。③计算1000℃时R的值(写出计算过程)。(3)CH4在Pt-Ni合金或Sn-Ni合金催化下脱氢反应历程与相对能量关系如图2所示(*表示吸附在催化剂表面的物质)。从化学反应速率角度分析，脱氢反应选择的催化剂为______(填“Pt-Ni合金”或“Sn-Ni合金”)，理由是_________________________________________________________________________________。(4)Ni/6MnOx-CeO2催化CH4与CO2重整反应的路径甲和乙如图3所示。研究表明，在催化剂Ni/CeO2中掺入MnOx可产生更多的氧空位，生成更多的可流动O*，能有效减少催化剂的积炭生成。①路径甲、乙中生成的不同中间产物为__________(填化学式)。②反应路径中，减少催化剂积炭的反应为_____________________________________________________________________________________________________。能量(能垒)—反应历程图像分析4要点(1)反应历程中的最大能垒是指正反应过程中最大相对能量的差值，可以用估算的方法进行确定。(2)能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。(3)用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。(4)相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。反应热的比较1．看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下：2．焓变ΔH的正、负对于吸热反应的ΔH一定大于放热反应的ΔH。3．同一反应的化学计量数不同当反应物与生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。如H2(g)＋12O2(g)=H2O(l)ΔH1与2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2中ΔH1>ΔH24．反应程度不同参加反应的物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。如C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1与C(s)＋12O2(g)=CO(g)ΔH2中ΔH1<ΔH25．根据总反应的焓变(ΔH)正、负确定分步反应的焓变大小如①2Al(s)＋32O2(g)=Al2O3(s)ΔH②2Fe(s)＋32O2(g)=Fe2O3(s)ΔH由①－②可得2Al(s)＋Fe2O3(s)=2Fe(s)＋Al2O3(s)ΔH<0，ΔH＝ΔH1－ΔH2<0，故ΔH1<ΔH2。下列各组中两个反应的反应热，其中ΔH1>ΔH2的是()A．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH12H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2B．S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2C．2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH12SO3(g)=2SO2(g)＋O2(g)ΔH2D．已知反应：C(金刚石，s)=C(石墨，s)ΔH<0，C(金刚石，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH2A项，，由于H2O(l)=H2O(g)ΔH>0，则ΔH2＋ΔH＝ΔH1，ΔH1－ΔH2＝ΔH>0，故ΔH1>ΔH2，正确；B项，，由于S(s)=S(g)ΔH>0，则ΔH＋ΔH1＝ΔH2，ΔH2－ΔH1＝ΔH>0，故ΔH2>ΔH1，错误；C项，SO2被氧化成SO3是放热反应，ΔH1<0，SO3分解成SO2是吸热反应，ΔH2>0，故ΔH2>ΔH1，错误；D项，，根据盖斯定律ΔH1＝ΔH＋ΔH2，ΔH1－ΔH2＝ΔH<0，则ΔH1<ΔH2，错误。1．(2023·南京模拟)已知：Mn(s)＋O2(g)=MnO2(s)ΔH1S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)=MnSO4(s)ΔH3则下列表述正确的是()A．ΔH2>0B．ΔH3>ΔH1C．Mn＋SO2=MnO2＋SΔH＝ΔH2－ΔH1D．MnO2(s)＋SO2(g)=MnSO4(s)ΔH＝ΔH3－ΔH2－ΔH12．(2024·石家庄模拟)在298K、101kPa下，由稳定的单质发生反应生成1mol化合物的反应热叫该化合物的标准摩尔生成热ΔH。氧族元素氢化物a、b、c、d的生成热数据如图。下列判断正确的是()A．沸点：H2O>H2S>H2Se>H2TeB．H2S(g)＋12O2(g)=S(s)＋H2O(l)ΔH＝－265kJ·molC．H2Se(g)=Se(g)＋H2(g)ΔH＝81kJ·mol-1D．反应Te(s)＋H2(g)⥬H2Te(g)达平衡后升温，平衡常数将减小1．(2022·湖南卷，T12改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示：下列有关四种不同反应进程的说法正确的是()A．进程Ⅰ是吸热反应B．平衡时P的产率：Ⅱ>ⅠC．生成P的速率：Ⅲ>ⅡD．进程Ⅳ中，Z没有催化作用2．(2024·北京卷，T13)苯在浓HNO3和浓H2SO4作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是()A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物ⅡB．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物C．由苯得到M时，苯中的大π键没有变化D．对于生成Y的反应，浓H2SO4作催化剂3．(2024·河北卷，T14)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提