例說化學(xué)反應(yīng)的活化能

◇ 甘肅 楊 麗

活化能是一個(gè)比較重要的概念,對理解化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系或影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有重要意義.

1 活化能和反應(yīng)熱的區(qū)別

活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)(活化分子)所需要的能量;反應(yīng)熱是反應(yīng)過程放出或吸收的能量.

例1(1)圖1中所示反應(yīng)是____(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng),該反應(yīng)______(填“需要”或“不需要”)加熱,該反應(yīng)的ΔH＝______(用含E1、E2的代數(shù)式表示).

分析(1)由圖可知,生成物的總能量小于反應(yīng)物的總能量,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)的

圖1

(2)該反應(yīng)逆反應(yīng)的活化能為

2 活化能與反應(yīng)速率的關(guān)系及影響因素

活化能小→普通分子容易變成活化分子→活化分子的百分?jǐn)?shù)增多→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多→單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多→化學(xué)反應(yīng)速率增大.

例2反應(yīng)物X轉(zhuǎn)化為Y和Z的能量變化如圖2所示.下列說法正確的是( ).

A.X→Y反應(yīng)的活化能為E5

圖2

B.加入催化劑后曲線a變?yōu)榍€b

C.升高溫度增大吸熱反應(yīng)的活化能,從而使反應(yīng)速率加快

D.壓縮容器的容積不改變活化能,但增大單位體積活化分子數(shù),使得反應(yīng)速率加快

分析使用正催化劑能降低反應(yīng)的活化能,但不能改變反應(yīng)物、生成物的狀態(tài),不能改變反應(yīng)的反應(yīng)熱.根據(jù)能量變化,X→Y活化能是(E5－E2),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;使用催化劑,活化能降低,產(chǎn)物不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;升高溫度,增大了活化分子百分?jǐn)?shù),化學(xué)反應(yīng)速率增大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;壓縮容器的體積,增大壓強(qiáng),增大單位容積活化分子數(shù),反應(yīng)速率加快,選項(xiàng)D正確.答案為D.

3 化學(xué)反應(yīng)能量圖中活化能的計(jì)算

活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量,因此反應(yīng)物的能量與反應(yīng)過程最高能量差就是該反應(yīng)的活化能;生成物的能量與反應(yīng)過程中最高能量差是逆反應(yīng)的活化能.

例3圖3是298 K時(shí),N2與H2反應(yīng)過程中能量變化的曲線圖,下列敘述不正確的是( ).

圖3

A.該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)＋3 H2(g)?2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1

B.正反應(yīng)的活化能是508 kJ·mol－1

C.逆反應(yīng)的活化能是600 kJ·mol－1

D.在一定溫度下,通入1 mol N2和3 mol H2反應(yīng)后放出的熱量為92 kJ

分析催化劑能降低反應(yīng)的活化能,但反應(yīng)熱沒有變化.反應(yīng)物能量高,生成物能量低,反應(yīng)熱ΔH＝508 kJ·mol－1－600 kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1,選項(xiàng)A說法正確;反應(yīng)物的能量與反應(yīng)過程最高能量差為508 kJ·mol－1,選項(xiàng)B說法正確;生成物的能量與反應(yīng)過程中最高能量差是逆反應(yīng)的活化能,選項(xiàng)C說法正確;合成氨為可逆反應(yīng),不能完全轉(zhuǎn)化,通入1 mol N2和3 mol H2反應(yīng)后放出的熱量小于92 kJ,選項(xiàng)D說法錯(cuò)誤.答案為D.