第3课时 活化能
题组一 有效碰撞理论
1．下列有关活化分子与活化能的说法正确的是( )
A．活化分子间所发生的碰撞均为有效碰撞
B．活化分子的平均能量称为活化能
C．增大压强可使活化分子数增多，反应速率加快
D．升高温度可使活化分子百分数增加，反应速率加快
2．改变下列条件，可以改变反应的活化能的是( )
A．温度 B．催化剂
C．反应物浓度 D．压强
3．下列说法不正确的是( )
A．增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多
B．增大压强，单位体积内气体的活化分子数增多，有效碰撞次数增多
C．升高温度，活化分子百分数增加，分子运动速度加快，有效碰撞次数增多
D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞次数增多
题组二 化学反应机理或历程
4．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．④③①② B．③④①②
C．③④②① D．④③②①
5．已知反应S2O(aq)＋2I－(aq)2SO(aq)＋I2(aq)，若向该溶液中加入含Fe3＋的某溶液，反应机理如下：
①2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)I2(aq)＋2Fe2＋(aq)
②2Fe2＋(aq)＋ S2O(aq)2Fe3＋(aq)＋2SO(aq)
下列有关该反应的说法不正确的是( )
A．增大S2O的浓度，反应②的反应速率加快
B．Fe3＋是该反应的催化剂
C．该反应是放热反应
D．Fe3＋降低了该反应的活化能，也减小了该反应的焓变
6．(2022·北京房山区检测)CO2的转化一直是世界范围内的研究热点。利用两种金属催化剂，在水溶液体系中将CO2分别转化为CO和HCOOH的反应过程示意图如下：
下列说法正确的是( )
A．在转化为CO的路径中，只涉及碳氧键的断裂和氢氧键的形成
B．在转化为HCOOH的路径中，CO2被氧化为HCOOH
C．两个转化路径均有非极性键的形成
D．上述反应过程说明催化剂具有选择性
7．过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)的反应历程如下，下列有关说法正确的是( )
A．第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞
B．活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快
C．第一步反应需要吸收能量
D．该反应的反应速率主要取决于第二步反应
8．某种含二价铜微粒[CuⅡ(OH)(NH3)]＋的催化剂可用于汽车尾气脱硝，催化机理如图1，反应过程中不同态物质体系所含的能量如图2。下列说法正确的是( )
A．总反应焓变ΔH>0
B．由状态②到状态③是铜元素被氧化的过程
C．状态③到状态④的变化过程中有O—H的形成
D．该脱硝过程的总反应方程式为4NH3＋2NO＋2O2===6H2O＋3N2
题组三 相对能量图像
9．H2与ICl的反应分①②两步进行，且两步都是可逆反应，其能量曲线如图所示，下列有关说法错误的是( )
A．反应①、反应②均为放热反应
B．反应①、反应②均为氧化还原反应
C．反应①比反应②的速率慢，总反应速率取决于反应②
D．反应H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)的ΔH＝－218 kJ·mol－1
10．(2022·安徽宿州月考)我国学者曾研究了金催化剂表面水煤气变换CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)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。下列说法正确的是( )
A．该历程中最大能垒(活化能)E正＝2.02 eV
B．步骤①：CO(g)＋H2O(g)===CO·＋H2O· ΔH>0
C．步骤③的化学方程式为COOH·＋H2O===CO·＋OH·＋H2O(g)
D．步骤⑤只有极性键H—O的形成
11．CO与N2O气体均会造成环境污染，研究表明二者可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应过程及能量变化过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．使用催化剂可降低反应活化能，但不改变反应历程
B．有催化剂条件下，E1时的反应速率比E2快
C．N2O(g)＋CO(g)===N2(g)＋CO2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2
D．Pt2O＋为中间体、Pt2O为催化剂
12．(2022·武汉高二期中)CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，第一步：Fe*＋N2O===FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2(快)。相对能量与反应历程如图，下列说法正确的是( )
A．整个反应中有极性键的断裂和生成
B．总反应的反应速率由第二步反应决定
C．第一步为吸热反应
D．FeO*也是该反应的催化剂
13．某反应过程的能量变化关系如图所示，按要求回答下列问题：
(1)已知热化学方程式H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，该反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为________________________________________________________________________。
(2)已知C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1，某同学根据该反应吸收的热量较小，认为由石墨变为金刚石的反应很容易进行，但事实上该反应却很难发生，需要很高的温度和很大的压强，请你分析造成这种现象的主要原因是_______________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)对于同一反应，图中虚线Ⅱ与实线Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分数增多，反应速率加快，你认为最可能的原因是_________________________________________________。
14．氨气是一种重要的化工产品，有广泛用途，工业上可由氢气和氮气合成氨气。回答下列问题：
(1)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，该反应过程中的能量变化如图1所示。
正反应的活化能Ea(正)＝________ kJ·mol－1；NH3(g)N2(g)＋H2(g) ΔH＝______________。
(2)恒温下，将一定量的N2、H2置于10 L密闭容器中发生上述反应，反应过程中各物质的浓度随时间的变化情况如图2。则0～10 min内的反应速率v(H2)＝__________。
(3)用、、、分别表示N2、H2、NH3和固体Fe催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程如图3所示。
①吸附后，能量状态最低的是________(填字母)。
②结合上述原理，在固体Fe催化剂表面进行NH3的分解实验，发现NH3的分解速率与其浓度的关系如图4所示。从吸附和解吸过程分析，c0之前反应速率增加的原因可能是________________________；c0之后反应速率降低的原因可能是________________________。
15．用H2O2、KI和洗洁精可完成“大象牙膏”实验(短时间内产生大量泡沫)，某同学依据文献资料对该实验进行探究。
(1)资料1：KI在该反应中的作用：H2O2＋I－===H2O＋IO－；H2O2＋IO－===H2O＋O2↑＋I－。总反应的化学方程式为____________________________________________________。
(2)实验中发现，H2O2与KI溶液混合后，产生大量气泡，溶液颜色变黄。再加入CCl4，振荡、静置，气泡明显减少。
资料2：I2也可催化H2O2的分解反应。
①加CCl4并振荡、静置后还可观察到________，说明有I2生成。
②气泡明显减少的原因可能是：ⅰ.H2O2浓度降低；ⅱ.________________________________。
以下对照实验说明ⅰ不是主要原因：向H2O2溶液中加入KI溶液，待溶液变黄后，分成两等份于A、B两试管中。A试管中加入CCl4，B试管中不加CCl4，分别振荡、静置。观察到的现象是________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第3课时 活化能
1．D 2.B 3.A
4．A [物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都是由两个原子构成，它们在固体催化剂的表面会分解成单个的原子，原子再组合成新的氨分子。]
5．D [增大S2O的浓度，反应②的反应速率加快，A正确；若向该溶液中加入含Fe3＋的某溶液，发生的总反应为S2O(aq)＋2I－(aq)2SO(aq)＋I2(aq),Fe3＋为该反应的催化剂，B正确；反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应是放热反应，C正确；催化剂不改变反应的焓变，D错误。]
6．D
7．C [活化分子之间的碰撞不一定能发生反应，不一定是有效碰撞，故A项错误；活化配合物的能量越高，单位体积内的活化分子数目越少，有效碰撞的几率越小，第一步反应速率越慢，故B项错误；反应速率主要取决于第一步慢反应的速率，故D项错误。]
8．C [根据图2可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，则总反应焓变ΔH＜0，A错误；由状态②到状态③，发生[CuⅡ(OH)(NH3)3]＋＋NO―→[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋＋H2O，Cu元素的化合价降低，被还原，B错误；状态③到状态④的变化过程为[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋―→[CuI(NH3)2]＋＋N2＋H2O，有O—H的形成，C正确；根据图1，该脱硝过程的总反应方程式为4NH3＋4NO＋O2===6H2O＋4N2，D错误。]
9．C 10.A
11．C [使用催化剂有中间产物产生，改变反应历程，降低反应活化能，故A错误；有催化剂条件下，E1大于E2，活化能越小反应速率越快，E1时的速率比E2慢，故B错误；由图可知N2O和CO在Pt2O＋表面转化为无害气体的反应过程为①N2O(g)＋Pt2O＋===N2(g)＋Pt2O ΔH1，②Pt2O＋CO(g)===CO2(g)＋Pt2O＋ ΔH2，①＋②得N2O(g)＋CO(g)===N2(g)＋CO2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故C正确；Pt2O＋是反应的催化剂，Pt2O为中间体，故D错误。]
12．A
13．(1)409.0 kJ·mol－1 (2)该反应的活化能很高 (3)使用了催化剂
14．(1)335 ＋46.2 kJ·mol－1 (2)0.3 mol·L－1·min－1 (3)①C ②氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大 催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸
解析 (1)依据反应热＝正反应的活化能－逆反应的活化能可知，正反应的活化能Ea(正)＝(427.4－92.4) kJ·mol－1＝335 kJ·mol－1；正反应和逆反应的焓变数值相同，符号相反，则2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.4 kJ·mol－1，则反应NH3(g)N2(g)＋H2(g) ΔH＝＋46.2 kJ·mol－1。
(2)根据图2分析可知，0～10 min内Δc(NH3)＝2 mol·L－1，依据化学方程式可知Δc(H2)＝
－3 mol·L－1，v(H2)＝－＝＝0.3 mol·L－1·min－1。
(3)①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，结合图3分析可知，吸附后，能量状态最低的是C。②根据题目信息，结合图4分析可知，c0之前反应速率增加的原因可能是氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；c0之后反应速率降低的原因可能是催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸。
15．(1)2H2O22H2O＋O2↑ (2)①下层溶液呈紫红色 ②在水溶液中I2的浓度降低 A试管中产生气泡明显变少；B试管中产生气泡速率没有明显减小
