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2024届高三化学二轮复习 突破能垒变化图像 课件
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这是一份2024届高三化学二轮复习 突破能垒变化图像 课件，共25页。
1.通过分析能垒变化图像，掌握数形结合突破能量-历程图像的关键能力。
2.通过分析能垒变化图像中的化学键和能量变化，掌握从宏观和微观两个角度进行问题探究的能力，培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
3.结合历年高考中对能垒变化图像的考查，体会真实情境中能垒图像题的破解方法，构建突破化学图像题目的一般思维模型。
通过分析能垒变化图像题，掌握从宏观和微观两个角度进行解题的方法及技巧，构建数形结合的思维模型。
连续反应中能垒变化图像的分析与突破。
高考命题探析---能垒变化图像
山重水复疑无路—基础回扣
问题1：基元反应与非基元反应图示历程中哪些是基元反应，哪些是非基元反应？该历程包含几个基元反应？
分步反应为基元反应，总反应为非基元反应；该历程包含3个基元反应。在能垒变化图中，有几个过渡态，就有几个基元反应。
问题2：过渡态、中间体、催化剂请在图中分别标出过渡态、中间体、催化剂。过渡态与中间体相比，谁更稳定？
过渡态(A…B…C)的旧键未完全断裂，新键未完全形成，能量最高，不稳定；中间体虽然很活泼、寿命很短，但中间体比过渡态的能量更低，更稳定。
（2023湖北卷节选）C40H20（g） C40H18（g）+H2（g）的能量变化如图：
问题3：活化能与决速步骤图中每步反应的活化能分别是多少？其中哪一步为决速步骤？
第3步反应的活化能最大，反应速率最慢，为决速步骤
问题4：活化能与反应热总反应是吸热反应还是放热反应？
柳暗花明又一村—重点突破
【例1】在Rh催化下，甲酸分解制H2反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面，该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为_______________________；甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为________________________________________________ (阿伏加德罗常数用NA表示)。
HCOOH*===HCOO*＋H*
HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－0.16NA eV·ml－1
注意：如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV)，焓变应转化成每摩尔（乘以NA）
典例剖析一：能垒与单位
【例2】我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法正确的是A.该历程中最小能垒的化学方程式为 (CH3)2NCH2OH*+H*===N (CH3)3＋ OH*B.该历程中最大能垒(活化能)为2.16 eVC.该反应的热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)===N(CH3)3(g)＋H2O(g) ΔH＝ －1.02 eV·ml－1D.增大压强或升高温度均能加快反应速率，并增大DMF的平衡转化率
ΔH＝－1.02NA eV·ml－1
典例剖析二：能垒与反应热计算
【例3】(2022·广东，节选) Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图1，X（g）→Y（g）过程的焓变为 （列式表示）。
E1﹣E2+△H+E3﹣E4
【例4】(2023·北京，节选) 工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：i.CO2和NH3生成NH2COONH4 ；ii.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是 （填序号）。a.活化能：反应i＜反应iib.i为放热反应，ii为吸热反应c.CO2（1）+2NH3（1）═CO（NH2）2（1）+H2O（1）ΔH＝E1﹣E4
总反应ΔH的计算方法盖斯定律ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3+……
分步反应ΔH的计算方法
【例5】(2023·广东，15)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)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Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓 度更大
典例剖析三：能垒与催化剂
由图可知两种催化剂均出现四个波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行，A正确；该反应是放热反应，升高温度平衡向左移动，R的浓度增大，B正确；由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误；在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低反应速率较快，后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢，所以使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D正确。
【例6】(2022·湖南，12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
典例剖析四：能垒与连续反应
【例7】(2021河北，节选)在电解质水溶液中，三种不同催化剂（a、b、c）上CO2电还原为CO的反应进程中（H+电还原为H2的反应可同时发生），相对能量变化如图。由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为 （用a、b、c字母排序）。
主反应：CO2电还原为CO
副反应： H+电还原为H2
【例8】(2023河北，节选)我国科学家研究了水溶液中三种催化剂（a、b、c）上N2电还原为NH3（图1）和H2O电还原为H2（图2）反应历程中的能量变化，则三种催化剂对N2电还原为NH3的催化活性由强到弱的顺序为 （用字母a、b、c排序）。
主反应： N2电还原为NH3
副反应： H2O电还原为H2
总反应活化能总反应的活化能是各步基元反应Ea经复杂数学处理之后得到，不能由各分步反应Ea直接加和求算。
连续反应活化能连续反应（连续爬坡）中，决速步骤的活化能为总反应的活化能。
最佳催化剂选择催化主反应时Ea最小，催化副反应时Ea最大，为最佳催化剂
典例剖析五：能垒与化学键变化
【例9】(2023全国甲卷，节选)MO+分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示（两者历程相似，图中以CH4示例）。
（i）步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。（ii）直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线 （填“c”或“d”）。（iii）MO+与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD CHD2OH（填“＞”“＝”或“＜”）。若MO+与CHD3反应，生成的氘代甲醇有 种。
1.通过分析能垒变化图像，掌握数形结合突破能量-历程图像的关键能力。
2.通过分析能垒变化图像中的化学键和能量变化，掌握从宏观和微观两个角度进行问题探究的能力，培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
3.结合历年高考中对能垒变化图像的考查，体会真实情境中能垒图像题的破解方法，构建突破化学图像题目的一般思维模型。
通过分析能垒变化图像题，掌握从宏观和微观两个角度进行解题的方法及技巧，构建数形结合的思维模型。
连续反应中能垒变化图像的分析与突破。
高考命题探析---能垒变化图像
山重水复疑无路—基础回扣
问题1：基元反应与非基元反应图示历程中哪些是基元反应，哪些是非基元反应？该历程包含几个基元反应？
分步反应为基元反应，总反应为非基元反应；该历程包含3个基元反应。在能垒变化图中，有几个过渡态，就有几个基元反应。
问题2：过渡态、中间体、催化剂请在图中分别标出过渡态、中间体、催化剂。过渡态与中间体相比，谁更稳定？
过渡态(A…B…C)的旧键未完全断裂，新键未完全形成，能量最高，不稳定；中间体虽然很活泼、寿命很短，但中间体比过渡态的能量更低，更稳定。
（2023湖北卷节选）C40H20（g） C40H18（g）+H2（g）的能量变化如图：
问题3：活化能与决速步骤图中每步反应的活化能分别是多少？其中哪一步为决速步骤？
第3步反应的活化能最大，反应速率最慢，为决速步骤
问题4：活化能与反应热总反应是吸热反应还是放热反应？
柳暗花明又一村—重点突破
【例1】在Rh催化下，甲酸分解制H2反应的过程如图所示。
其中带“*”的物种表示吸附在Rh表面，该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为_______________________；甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为________________________________________________ (阿伏加德罗常数用NA表示)。
HCOOH*===HCOO*＋H*
HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－0.16NA eV·ml－1
注意：如果纵坐标相对能量的单位是电子伏特(eV)，焓变应转化成每摩尔（乘以NA）
典例剖析一：能垒与单位
【例2】我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法正确的是A.该历程中最小能垒的化学方程式为 (CH3)2NCH2OH*+H*===N (CH3)3＋ OH*B.该历程中最大能垒(活化能)为2.16 eVC.该反应的热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)===N(CH3)3(g)＋H2O(g) ΔH＝ －1.02 eV·ml－1D.增大压强或升高温度均能加快反应速率，并增大DMF的平衡转化率
ΔH＝－1.02NA eV·ml－1
典例剖析二：能垒与反应热计算
【例3】(2022·广东，节选) Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图1，X（g）→Y（g）过程的焓变为 （列式表示）。
E1﹣E2+△H+E3﹣E4
【例4】(2023·北京，节选) 工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：i.CO2和NH3生成NH2COONH4 ；ii.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是 （填序号）。a.活化能：反应i＜反应iib.i为放热反应，ii为吸热反应c.CO2（1）+2NH3（1）═CO（NH2）2（1）+H2O（1）ΔH＝E1﹣E4
总反应ΔH的计算方法盖斯定律ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3+……
分步反应ΔH的计算方法
【例5】(2023·广东，15)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)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Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓 度更大
典例剖析三：能垒与催化剂
由图可知两种催化剂均出现四个波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行，A正确；该反应是放热反应，升高温度平衡向左移动，R的浓度增大，B正确；由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误；在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低反应速率较快，后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢，所以使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D正确。
【例6】(2022·湖南，12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
典例剖析四：能垒与连续反应
【例7】(2021河北，节选)在电解质水溶液中，三种不同催化剂（a、b、c）上CO2电还原为CO的反应进程中（H+电还原为H2的反应可同时发生），相对能量变化如图。由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为 （用a、b、c字母排序）。
主反应：CO2电还原为CO
副反应： H+电还原为H2
【例8】(2023河北，节选)我国科学家研究了水溶液中三种催化剂（a、b、c）上N2电还原为NH3（图1）和H2O电还原为H2（图2）反应历程中的能量变化，则三种催化剂对N2电还原为NH3的催化活性由强到弱的顺序为 （用字母a、b、c排序）。
主反应： N2电还原为NH3
副反应： H2O电还原为H2
总反应活化能总反应的活化能是各步基元反应Ea经复杂数学处理之后得到，不能由各分步反应Ea直接加和求算。
连续反应活化能连续反应（连续爬坡）中，决速步骤的活化能为总反应的活化能。
最佳催化剂选择催化主反应时Ea最小，催化副反应时Ea最大，为最佳催化剂
典例剖析五：能垒与化学键变化
【例9】(2023全国甲卷，节选)MO+分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示（两者历程相似，图中以CH4示例）。
（i）步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。（ii）直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线 （填“c”或“d”）。（iii）MO+与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD CHD2OH（填“＞”“＝”或“＜”）。若MO+与CHD3反应，生成的氘代甲醇有 种。
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