2021-2022年高考化学复习微专题《反应历程、活化能与催化剂》

微专题反应历程、活化能与催化剂 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。 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。 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。(3)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。（2）催化剂能降低反应所需活化能，化学反应速率加快，但不影响焓变∆H的大小，不影响平衡。 例1：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.④③①②B.③④①②C.③④②①D.④③②①A 例2：如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行:①A+K→AK活化能为Ea1（慢反应）②AK+B→AB+K活化能为Ea2(快反应)1、加入催化剂后，两步反应的活化能Eal和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。2、这两步反应：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”，活化能Ea1大的就是在催化剂条件下总反应的活化能。总反应方程式：，反应活化能（能垒）。EalA+B→ABK理解： 反应进程势能4、反应热H与活化能的关系:A2+B2A2B22ABH=正反应活化能‒逆反应活化能=Ea‒Ea′A2+B22ABABABEaEa′H正反应的活化能逆反应的活化能反应热 （过渡态）Ea→正反应活化能Ea′→逆反应活化能H=Ea‒Ea′E1→反应物总键能E2→生成物总键能H=E1‒E2理清键能、活化能图像差别及与H的关系 A．反应过程可表示为B．E1为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能C．正反应的热效应为ΔH=E1−E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应A+BC→[A…B…C]→AB+C(反应物）(过渡态)(生成物）D例3、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是()例4．已知某化学反应2B2A(g)=A2(g)+2B2(g)(B2A、A2、B2的分子结构分别为B‒A‒B、A=A、B—B)的能量变化如图所示，下列有关叙述不正确的是（）A．该反应是吸热反应B．该反应的ΔH=(E1−E2)kJ·mol−1C．由2molA(g)和4molB(g)形成1molA=A键和2molB—B键，释放E2kJ能量D．该反应中，反应物的键能总和小于生成物的键能总和D 1.N2O是一种强温室气体，且易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：第一步I2(g)―→2I(g)(快反应)第二步I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)第三步IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)实验表明，含碘时N2O的分解速率方程v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k为速率常数)。下列表述正确的是_____(填字母)。A.I2浓度与N2O分解速率无关B.第二步对总反应速率起决定作用C.第二步活化能比第三步小D.IO为反应的中间产物BD迁移应用 2.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11.2LN2OC 3.热催化合成氨面临的两难问题是：釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti－H－Fe双温区催化剂(Ti－H区域和Fe区域的温度差可超过100℃)。Ti－H－Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是A.①为氮氮三键的断裂过程B.①②③在低温区发生C.④为N原子由Fe区域向Ti－H区域的传递过程D.使用Ti－H－Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应C 4.我国科研人员提出了以Ni/Al2O3为催化剂，由CO2和H2转化为产品CH4的反应历程，其示意图如下：下列说法不正确的是A.总反应方程式为：CO2＋4H2CH4＋2H2OB.催化剂可有效提高反应物的平衡转化率C.在反应历程中，H—H与C==O断裂吸收能量D.反应过程中，催化剂参与反应，改变反应路径，降低反应的活化能B 5.我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的ΔH______0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝______eV，写出该步骤的化学方程式__________________________________________________________。小于2.02COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*) 6、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是()A．该反应不一定能自发进行B．E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能C．正反应的热效应为△H=E1-E2，且E2＞E1，所以正反应为放热反应D．加入合适催化剂，△H不变，E1、E2也不变D 7．烯烃与氢气混合在常温常压时不反应，高温时反应很慢，但在适当的催化剂存在时可与氢气反应生成烷烃，一般认为加氢反应是在催化剂表面上进行。反应过程的如图：下列说法正确的是()A．乙烯和氢气生成乙烷反应的ΔH＞0B．有催化剂时的活化能E2比无催化剂时的活化能E1低，能减小反应的ΔHC．催化加氢过程中金属氢化物的一个氢原子和双键碳原子先结合，得到中间体D．催化加氢过程中催化剂将较难发生的反应分成了多个容易发生的反应，可提高反应物的转化率C D 9、三甲胺【N(CH3)3】是重要的化工原料，最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N—二甲基甲酰胺【(CH3)2NCHO，简称为DMF】转化为三甲胺的合成路线。（1）结合实验与计算机模拟结果，研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程，如图所示:该历程中最大能垒(活化能)=eV,该步骤的化学方程式为：。（2）该反应的∆H（填“＞”、“＜”或“=”），制备三甲胺的热化学方程式为：。1.19(CH3)2NCHO(g)十2H2(g)═N(CH3)3(g)十H2O(g)△H═‒1.02NAeV/molN(CH3)3+OH*+H*═N(CH3)3↑+H2O↑＜