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第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
第3课时 活化能 化学反应的微观历程
基础过关练
题组一 化学反应的历程
1.(2024山东烟台联考)下列关于反应历程的说法正确的是 ( )
A.一个化学反应的反应历程是固定的
B.所有的化学反应都是由很多基元反应组成的
C.反应物的结构和反应条件决定反应历程
D.简单反应的反应速率一定比复杂反应的反应速率快
2.(2024河南南阳月考)甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子):
①Cl2 2Cl·(慢反应)
②CH4+Cl· ·CH3+HCl(快反应)
③·CH3+Cl2 CH3Cl+Cl·(快反应)
④·CH3+Cl· CH3Cl(快反应)
已知在一个分步反应中,较慢的一步反应决定总反应的速率。下列说法不正确的是 ( )
A.总反应的速率主要由反应①决定
B.光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快
C.反应②~④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应
D.反应①是释放能量的过程
题组二 活化能
3.(2024河北石家庄月考)下列关于化学反应速率的说法正确的是 ( )
A.升高温度可降低化学反应的活化能,加快化学反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞的次数增加,反应速率增大
C.催化剂能增大反应的活化能,从而加快反应速率
D.有气体参加的化学反应,若增大压强(缩小反应容器的容积),可增加活化分子的百分数,从而使反应速率加快
4.(经典题)(2023福建宁德期中)对于反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g),科学家根据光谱研究提出如下反应历程:
第一步:2NO(g) N2O2(g) 快反应
第二步:N2O2(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g) 慢反应
第三步:N2O(g)+H2(g) N2(g)+H2O(g) 快反应
上述反应中可近似认为第二步反应不影响第一步反应的平衡。下列叙述不正确的是( )
A.总反应的速率由第二步反应决定
B.N2O2是反应的中间产物
C.第二步反应的活化能最大
D.若第一步反应的ΔH<0,则升高温度,第一步反应的正反应速率减小,逆反应速率增大
5.(2024湖北武汉期中联考)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,下列说法错误的是 ( )
A.使用催化剂Ⅰ或催化剂Ⅱ,均有4个基元反应
B.使用催化剂Ⅰ时,第三个基元反应是决速反应
C.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所能达到的最高浓度更大
能力提升练
题组一 探究微观反应历程中物质转化与能量转化
1.(2024北京工业大学附中期中)科研人员利用Cu/ZnO作催化剂,在光照条件下实现了CO2和H2合成CH3OH,该反应历程示意图如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中ZnO表面上进行CO2的吸附与转化
B.过程Ⅴ中生成CH3OH时吸收能量
C.催化剂Cu/ZnO可以降低反应的活化能,增大化学反应速率
D.总反应的化学方程式是CO2+3H2 CH3OH+H2O
2.(2024安徽合肥一中期中)CH4和Cl2反应生成CH3Cl和HCl的部分反应过程如图所示。
已知总反应分3步进行:
第1步:Cl2(g) 2·Cl(g) ΔH1=+242.7 kJ·mol-1;
第2步:CH4(g)+·Cl(g) ·CH3(g)+HCl(g) ΔH2;
第3步:·CH3(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+·Cl(g) ΔH3。
下列有关说法正确的是 ( )
A.ΔH2<0
B.第2步的反应速率小于第3步的反应速率
C.缩小容器体积,活化分子百分数增加,反应速率加快
D.CH4(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+HCl(g) ΔH=-112.9 kJ·mol-1
题组二 反应历程与活化能(能垒)
3.(2024湖南长沙模拟)科学家在研究甲醇与水蒸气重整制氢气反应机理时,得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A.②中包含C—H键的断裂过程
B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是③
C.该反应的决速步骤为CHO*+3H* CO*+4H*
D.由此历程可知:CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH>0
4.(2024山东烟台月考)H2在石墨烯负载型Pd单原子催化剂(Pd/SVG)上还原NO生成N2和NH3的路径机理及活化能Ea(单位为kJ·mol-1)如图所示。下列说法错误的是( )
A.H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥
B.Pd/SVG上H2还原NO,更容易生成NH3,不容易生成N2
C.根据如图数据可计算NO+5H NH3+H2O的ΔH
D.由图可知,相同催化剂下反应可能存在多种反应历程
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.D 3.B 4.D 5.C
1.C 同一个化学反应在不同条件下反应的历程可能不同,A错误;有些化学反应经过一步就能完成,B错误;反应物的结构和反应条件决定反应历程,C正确;简单反应的反应速率不一定比复杂反应的反应速率快,D错误。
2.D 慢反应决定总反应速率,A正确;光照能加快反应速率,促进反应①的进行从而使总反应速率加快,B正确;反应②~④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应,C正确;反应①是破坏氯气分子中的共价键形成氯原子的过程,应吸收能量,D错误。
3.B 升高温度部分非活化分子吸收能量后变为活化分子,增大了活化分子百分数,化学反应速率加快,但反应的活化能不变,A错误;增大反应物浓度,单位体积内活化分子的个数增多,单位时间内有效碰撞的次数增加,反应速率增大,B正确;催化剂能降低反应的活化能,从而加快反应速率,C错误;缩小容器容积来增大压强,增大了单位体积内活化分子个数,但活化分子百分数不变,D错误。
4.D 总反应的速率由慢反应决定,第二步反应是慢反应,故总反应的速率由第二步反应决定,A正确;由总反应可知,NO、H2是反应物,N2和H2O是生成物,N2O和N2O2都是反应的中间产物,B正确;反应速率越慢,对应的反应活化能越大,故第二步反应的活化能最大,C正确;升高温度,第一步反应的正、逆反应速率都增大,D错误。
5.C 使用催化剂Ⅰ或催化剂Ⅱ,反应过程中均有4个峰,则均有4个基元反应,A正确;使用催化剂Ⅰ时,第三个基元反应的活化能最大,反应速率最慢,所以此步反应是决速反应,B正确;使用催化剂Ⅱ时,第一个反应在使用催化剂Ⅰ或使用催化剂Ⅱ所有基元反应中活化能最大,反应速率最慢,所以反应体系不能更快达到平衡,C错误;由题图可知,在前两个基元反应中,使用催化剂Ⅰ活化能较低,反应速率较快,后两个基元反应中使用催化剂Ⅰ活化能较高,反应速率较慢(破题关键),所以使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
能力提升练
1.B 2.B 3.C 4.C
1.B 解答本题需要准确分析各步骤的物质转化。由题图可知,过程Ⅰ中在ZnO表面吸附CO2,CO2转化为新物质,A正确;过程Ⅴ是形成新化学键的过程,应放出热量,B错误;催化剂Cu/ZnO可以降低反应的活化能,改变反应历程,从而增大化学反应速率,C正确;该反应总过程是CO2和H2在Cu/ZnO作催化剂、光照条件下合成CH3OH,总反应的化学方程式是CO2+3H2 CH3OH+H2O,D正确。
2.B 从题图中找出第2步反应的反应物和生成物,观察二者能量的相对大小(解题技法)可知,第2步反应是吸热反应,ΔH2>0,A错误;观察题图可知,第2步反应的活化能(Ea1)大于第3步反应的活化能(Ea2),所以第2步的反应速率小于第3步的反应速率,B正确;缩小容器体积,增大压强,单位体积内活化分子数增多,而活化分子百分数不变,反应速率加快,C错误;根据题图信息·CH3(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+·Cl(g) ΔH3=-112.9 kJ·mol-1,CH4(g)+·Cl(g) ·CH3(g)+HCl(g) ΔH2>0,因此CH4(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+HCl(g) ΔH=ΔH2+ΔH3>-112.9 kJ·mol-1,D错误。
3.C 1个CH3O*中含3个C—H键和1个C—O键,1个CH2O*中含2个C—H键和1个C—O键,则②中由CH3O*→CH2O*+H*包含C—H键的断裂过程,A项正确;从题图可看出,该历程中③的反应活化能最小,B项正确;总反应速率由反应速率最慢的一步基元反应决定,由题图可知,反应历程中能垒最大的是⑤,所以该反应的决速步骤是4H* 2H2,C项错误;从题图中找到反应物和生成物,观察反应物和生成物的相对能量可知,CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH>0,D项正确。
4.C 活化能最大的一步为决速步,则H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥,A正确;由题图知,Pd/SVG上H2还原NO,经过①到⑤即可生成NH3,经过①到⑦步才能生成N2,而反应⑥的活化能在①到⑦中最大,更容易生成NH3,不容易生成N2(破题关键),B正确;根据题图数据可计算NO+5H NH3+H2O的正反应的活化能、不知道逆反应的活化能,不能计算ΔH,C错误;由题图可知,相同催化剂下反应可能存在多种反应历程,可能得到不同产物,D正确。
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