資源簡介

第41講　反應歷程與化學反應速率
1.了解基元反應、過渡態理論，了解速率方程和速率常數。
2．掌握多因素對化學反應速率影響的分析方法。
考點一　基元反應　過渡態理論
1.基元反應
(1)概念：大多數化學反應都是分幾步完成的，其中的每一步反應都稱為基元反應。
(2)速率方程：對于基元反應aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可寫為v＝____________(其中k稱為速率常數，恒溫下，k不因反應物濃度的改變而變化)。
2．過渡態理論
如圖所示是兩步完成的化學反應，分析并回答下列問題。
(1)該反應的反應物為A、B，中間體為C，生成物為D。
(2)由A、B生成C的反應為吸熱反應，由C生成D的反應為____熱反應，總反應為放熱反應。
(3)第一步為____(填“快”或“慢”，下同)反應，第二步為____反應，決定總反應快慢的是慢反應。
3．催化劑與活化能
(1)催化劑的催化機理
催化劑參與化學反應，生成能量更低的中間產物，降低了達到過渡態所需要的活化能，使反應速率加快。
反應A＋B→AB的活化能為________。
加入催化劑K后，反應分兩步進行：
①A＋K→AK　活化能為Ea1(慢反應)
②AK＋B→AB＋K　活化能為Ea2(快反應)
總反應方程式：A＋BAB，反應活化能(能壘)為________。
(2)活化能與化學反應速率的關系
①加入催化劑后，兩步基元反應的活化能Ea1和Ea2均小于原反應的活化能Ea，因此反應速率加快。
②兩步基元反應由于Ea1>Ea2，第1步反應是慢反應，決定整個反應的快慢。
【教考銜接】
典例[2023·全國甲卷，28(3)]MO＋分別與CH4、CD4反應，體系的能量隨反應進程的變化如下圖所示(兩者歷程相似，圖中以CH4示例)。
(ⅰ)步驟Ⅰ和Ⅱ中涉及氫原子成鍵變化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則MO＋與CD4反應的能量變化應為圖中曲線________(填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO＋與CH2D2反應，氘代甲醇的產量CH2DOD________CHD2OH(填“＞”“＜”或“＝”)。若MO＋與CHD3反應，生成的氘代甲醇有________種。
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點演練】
考向一　反應機理——快反應與慢反應
1．已知反應：2NO(g)＋Br2(g) 2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反應機理如下：
①NO(g)＋Br2(g) NOBr2(g)　快
②NO(g)＋NOBr2(g) 2NOBr(g)　慢
下列有關該反應的說法正確的是(　　)
A．該反應的速率主要取決于①的快慢
B．NOBr2是該反應的催化劑
C．正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol－1
D.增大Br2(g)濃度能增大活化分子百分數，加快反應速率
2．據文獻報道，某反應的反應歷程如圖所示：
下列有關該歷程的說法錯誤的是(　　)
A．總反應化學方程式為4NH3＋3O22N2＋6H2O
B．Ti4＋…NH2—N===O是中間產物
C．Ti4＋是催化劑
D．Ti4＋…NH2—N===O―→Ti4＋＋N2＋H2O屬于分解反應
3．[2024·九省聯考貴州卷，14]叔丁基溴可與硝酸銀在醇溶液中反應：
(CH3)3C—Br＋AgNO3 (CH3)3C—ONO2＋AgBr↓
反應分步進行：
①(CH3)3C—Br―→[(CH3)3CBr]―→(CH3)3C＋＋Br－
②―→[(CH3)3CONO2]―→(CH3)3C—ONO2
下圖是該反應能量變化圖。下列說法正確的是(　　)
A．選用催化劑可改變反應ΔH的大小
B．圖中Ⅰ對應的物質是[(CH3)3CONO2]
C．其他條件不變時的濃度越高，總反應速率越快
D．其他條件不變時，(CH3)3C—Br的濃度是總反應速率的決定因素
考向二　速率常數與速率方程
4．工業上利用CH4(混有CO和H2)與水蒸氣在一定條件下制取H2，原理為CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，該反應的逆反應速率表達式為v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k為速率常數，在某溫度下測得實驗數據如表所示：
CO濃度 /(mol·L－1) H2濃度 /(mol·L－1) 逆反應速率 /(mol·L－1·min－1)
0.1 c1 8.0
c2 c1 16.0
c2 0.15 6.75
由上述數據可得該溫度下，c2＝________，該反應的逆反應速率常數k＝________ L3·mol－3·min－1。
5．300 ℃時，2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)的正反應速率表達式為v正＝k·cn(ClNO)，測得正反應速率和濃度的關系如下表：
序號 c(ClNO)/(mol·L－1) v正/(mol·L－1·s－1)
① 0.30 3.60×10－9
② 0.60 1.44×10－8
③ 0.90 3.24×10－8
n＝________；k＝________。
6．已知2N2O5(g) 2N2O4(g)＋O2(g)，起始時N2O5(g)為35.8 kPa，分解的反應速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min時，測得體系中pO2＝2.9 kPa，則此時的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
考點二　反應歷程圖像分析
1.常考影響化學反應速率的因素：濃度、溫度、壓強、催化劑的活性、接觸面積、原電池原理、副反應等。
2．隨著時間的推移，反應物濃度減小，反應速率減小。
3．絕大多數催化劑都有活性溫度范圍，溫度太低時，催化劑的活性太小，反應速率太慢；隨溫度升高，反應速率逐漸增大，物質轉化率增大，溫度過高又會破壞催化劑的活性。
4．速率圖像分析的一般方法
(1)看清關鍵點：起點、終點和變化點。
(2)看清變化趨勢。
(3)綜合分析反應原理，如有的反應放熱造成溫度升高，反應速率加快；有的反應生成的金屬與原金屬形成原電池，反應速率加快；有的反應物濃度減小，反應速率減慢；有的反應生成物中有催化劑，反應速率加快；有的反應溫度過高，造成催化劑失去活性，反應速率減慢等。
【教考銜接】
典例1 [2023·新課標卷，29(2)]研究表明，合成氨反應在Fe催化劑上可能通過圖2機理進行(*表示催化劑表面吸附位表示被吸附于催化劑表面的N2)。判斷上述反應機理中，速率控制步驟(即速率最慢步驟)為________(填步驟前的標號)，理由是________________。
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
典例2 [2023·遼寧卷，18(3)(ⅱ)]接觸法制硫酸的關鍵反應為SO2的催化氧化：
SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
為提高釩催化劑的綜合性能，我國科學家對其進行了改良。不同催化劑下，溫度和轉化率關系如下圖所示，催化性能最佳的是________(填標號)。
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點演練】
考向一　濃度與溫度對化學反應速率的影響
1．把在空氣中久置的鋁片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1鹽酸的燒杯中，該鋁片與鹽酸反應生成氫氣的速率v與反應時間t可用如圖的坐標曲線來表示。
回答下列問題：
(1)O→a段不生成氫氣的原因是___________________________________________。
(2)b→c段生成氫氣的速率增加較快的主要原因可能是_____________________________。
(3)t＞c時生成氫氣的速率降低的主要原因是______________________。
考向二　溫度與選擇性的雙重影響
2．汽車排氣管裝有三元催化劑裝置，在催化劑表面通過發生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反應機理如下[Pt(s)表示催化劑，右上角帶“*”表示吸附狀態]：
Ⅰ.NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ.CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ.NO*===N*＋O*
Ⅳ.CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ.N*＋ N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ.NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
經測定汽車尾氣中反應物濃度及生成物濃度隨溫度T變化關系如圖1和圖2所示。
(1)圖1中溫度從Ta升至Tb的過程中，反應物濃度急劇減小的主要原因是________________________________________________________________________。
(2)圖2中T2 ℃時反應Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反應Ⅵ的活化能；T3 ℃時發生的主要反應為________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
3．NOx（主要指NO和NO2）是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環境保護的重要課題。在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器中反應（裝置見圖1）。
反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250 ℃范圍內隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
當反應溫度高于380 ℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第41講　反應歷程與化學反應速率
考點一
夯實·必備知識
1．(2)k·ca(A)·cb(B)
2．(2)放　(3)慢　快
3．(1)Ea　Ea1
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　解析：(ⅰ)步驟Ⅰ涉及的是碳氫鍵的斷裂和氫氧鍵的形成，步驟Ⅱ中涉及碳氧鍵形成，所以符合題意的是步驟Ⅰ；
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則此時正反應活化能會增大，根據圖示可知，MO＋與CD4反應的能量變化應為圖中曲線c；
(ⅲ)MO＋與CH2D2反應時，因直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則單位時間內產量會下降，則氘代甲醇的產量CH2DOD＜CHD2OH；根據反應機理可知，若MO＋與CHD3反應，生成的氘代甲醇可能為CHD2OD和CD3OH，共2種。
答案：(ⅰ)Ⅰ　(ⅱ)c　(ⅲ)＜　 2
對點演練
1．解析：反應速率主要取決于慢的一步，所以該反應的速率主要取決于②的快慢，故A錯誤；NOBr2是反應過程中的中間產物，不是該反應的催化劑，故B錯誤；由于該反應為放熱反應，說明反應物的總能量高于生成物的總能量，所以正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol－1，故C正確；增大Br2(g)濃度，活化分子百分數不變，但單位體積內的活化分子數目增多，所以能加快反應速率，故D錯誤。
答案：C
2．解析：根據反應歷程，參加反應的物質有NH3、NO、O2，生成物有N2和H2O，因此總反應化學方程式為4NH3＋2NO＋2O23N2＋6H2O，故A錯誤；根據題中信息得到Ti4＋…NH2—N===O是中間產物，故B正確；Ti4＋在整個反應過程中參與了反應，但反應前后質量和化學性質未變，因此Ti4＋是催化劑，故C正確；分解反應是一種物質反應生成兩種或兩種以上新物質，因此Ti4＋…NH2—N===O―→Ti4＋＋N2＋H2O屬于分解反應，故D正確。
答案：A
3．答案：D
4．解析：根據v逆＝k·c（CO）·c3（H2），由表中數據可得：（c1 mol·L－1）3＝，c2 mol·L－1＝，所以有k××＝16.0 mol·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·mol－3·min－1，代入c2的等式可得c2＝0.2。
答案：0.2　1.0×104
5．解析：根據表格①②中的數據，代入正反應速率表達式然后做比值：＝，解得n＝2，將n和①或②或③中數據代入正反應速率表達式得k＝4.0×10－8 L·mol－1·s－1。
答案：2　4.0×10－8 L·mol－1·s－1
6．解析：　2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始/kPa 35.8 0 0
變化/kPa 2.9×2 2.9×2 2.9
62 min時/kPa 30.0 5.8 2.9
v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
答案：30.0　6.0×10－2
考點二
突破·關鍵能力
教考銜接
典例1　解析：由圖1中信息可知，N2(g)===N(g)的ΔH＝＋473 kJ·mol－1，則N≡N的鍵能為946 kJ·mol－1；H2(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ·mol－1，則H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol－1。在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H—H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)。
答案：(ⅱ)　在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H—H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)
典例2　解析：為了提高催化劑的綜合性能，科學家對催化劑進行了改良，從圖中可以看出標號為d的催化劑V K Cs Ce對SO2的轉化率最好，產率最佳，故答案選d。
答案：d
對點演練
1．答案：(1)鋁的表面有一層致密的Al2O3薄膜，能與H＋反應得到鹽和水，無氫氣放出
(2)反應放熱，溶液溫度升高，反應速率加快(或反應產生的鋁離子是該反應的催化劑)
(3)隨著反應的進行，溶液中氫離子的濃度逐漸降低
2．解析：(1)由圖1可知，溫度升高，反應物的消耗量增大，說明催化劑的活性增強，反應速率加快。
(2)由圖2可知，T2 ℃時，N2的濃度小于N2O的濃度，說明反應Ⅴ的反應速率小于反應Ⅵ的反應速率，則反應Ⅴ的活化能大于反應Ⅵ的活化能；T3 ℃時，生成物二氧化碳的濃度最大，說明發生的主要反應為反應Ⅳ。
答案：(1)溫度升高，催化劑活性增強，反應速率加快　(2)>　Ⅳ
3．答案：迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使 NOx 去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高，催化劑活性下降，反應速率上升較慢　催化劑活性下降；NH3 與 O2 反應生成了 NO(共37張PPT)
第41講　反應歷程與化學反應速率
1. 了解基元反應、過渡態理論，了解速率方程和速率常數。
2．掌握多因素對化學反應速率影響的分析方法。
考點一
考點二
考點一
考點一　基元反應　過渡態理論
1.基元反應
(1)概念：大多數化學反應都是分幾步完成的，其中的每一步反應都稱為基元反應。
(2)速率方程：對于基元反應aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可寫為v＝____________(其中k稱為速率常數，恒溫下，k不因反應物濃度的改變而變化)。
k·ca(A)·cb(B)
2．過渡態理論
如圖所示是兩步完成的化學反應，分析并回答下列問題。
(1)該反應的反應物為A、B，中間體為C，生成物為D。
(2)由A、B生成C的反應為吸熱反應，由C生成D的反應為____熱反應，總反應為放熱反應。
(3)第一步為____(填“快”或“慢”，下同)反應，第二步為____反應，決定總反應快慢的是慢反應。
放
慢
快
3．催化劑與活化能
(1)催化劑的催化機理
催化劑參與化學反應，生成能量更低的中間產物，降低了達到過渡態所需要的活化能，使反應速率加快。
反應A＋B→AB的活化能為________。
加入催化劑K后，反應分兩步進行：
①A＋K→AK　活化能為Ea1(慢反應)
②AK＋B→AB＋K　活化能為Ea2(快反應)
總反應方程式：A＋BAB，反應活化能(能壘)為________。
Ea
Ea1
(2)活化能與化學反應速率的關系
①加入催化劑后，兩步基元反應的活化能Ea1和Ea2均小于原反應的活化能Ea，因此反應速率加快。
②兩步基元反應由于Ea1>Ea2，第1步反應是慢反應，決定整個反應的快慢。
【教考銜接】
典例[2023·全國甲卷，28(3)]MO＋分別與CH4、CD4反應，體系的能量隨反應進程的變化如下圖所示(兩者歷程相似，圖中以CH4示例)。
(ⅰ)步驟Ⅰ和Ⅱ中涉及氫原子成鍵變化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則MO＋與CD4反應的能量變化應為圖中曲線________(填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO＋與CH2D2反應，氘代甲醇的產量CH2DOD________CHD2OH(填“＞”“＜”或“＝”)。若MO＋與CHD3反應，生成的氘代甲醇有________種。
Ⅰ
c
＜
2
解析：(ⅰ)步驟Ⅰ涉及的是碳氫鍵的斷裂和氫氧鍵的形成，步驟Ⅱ中涉及碳氧鍵形成，所以符合題意的是步驟Ⅰ；
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則此時正反應活化能會增大，根據圖示可知，MO＋與CD4反應的能量變化應為圖中曲線c；
(ⅲ)MO＋與CH2D2反應時，因直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則單位時間內產量會下降，則氘代甲醇的產量CH2DOD＜CHD2OH；根據反應機理可知，若MO＋與CHD3反應，生成的氘代甲醇可能為CHD2OD和CD3OH，共2種。
【對點演練】
考向一　反應機理——快反應與慢反應
1．已知反應：2NO(g)＋Br2(g) 2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反應機理如下：
①NO(g)＋Br2(g) NOBr2(g)　快
②NO(g)＋NOBr2(g) 2NOBr(g)　慢
下列有關該反應的說法正確的是(　　)
A．該反應的速率主要取決于①的快慢
B．NOBr2是該反應的催化劑
C．正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol－1
D.增大Br2(g)濃度能增大活化分子百分數，加快反應速率
答案：C
解析：反應速率主要取決于慢的一步，所以該反應的速率主要取決于②的快慢，故A錯誤；NOBr2是反應過程中的中間產物，不是該反應的催化劑，故B錯誤；由于該反應為放熱反應，說明反應物的總能量高于生成物的總能量，所以正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol－1，故C正確；增大Br2(g)濃度，活化分子百分數不變，但單位體積內的活化分子數目增多，所以能加快反應速率，故D錯誤。
2．據文獻報道，某反應的反應歷程如圖所示：
下列有關該歷程的說法錯誤的是(　　)
A．總反應化學方程式為4NH3＋3O22N2＋6H2O
B．Ti4＋…NH2—N===O是中間產物
C．Ti4＋是催化劑
D．Ti4＋…NH2—N===O―→Ti4＋＋N2＋H2O屬于分解反應
答案：A
3．[2024·九省聯考貴州卷，14]叔丁基溴可與硝酸銀在醇溶液中反應：
(CH3)3C—Br＋AgNO3 (CH3)3C—ONO2＋AgBr↓
反應分步進行：
①(CH3)3C—Br―→[(CH3)3C Br]―→(CH3)3C＋＋Br－
②―→[(CH3)3C ONO2]―→(CH3)3C—ONO2
下圖是該反應能量變化圖。
下列說法正確的是(　　)
A．選用催化劑可改變反應ΔH的大小
B．圖中Ⅰ對應的物質是[(CH3)3C ONO2]
C．其他條件不變時的濃度越高，總反應速率越快
D．其他條件不變時，(CH3)3C—Br的濃度是總反應速率的決定因素
答案：D
考向二　速率常數與速率方程
4．工業上利用CH4(混有CO和H2)與水蒸氣在一定條件下制取H2，原理為CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，該反應的逆反應速率表達式為v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k為速率常數，在某溫度下測得實驗數據如表所示：
由上述數據可得該溫度下，c2＝________，該反應的逆反應速率常數k＝________ L3·mol－3·min－1。
CO濃度/(mol·L－1) H2濃度/(mol·L－1) 逆反應速率/(mol·L－1·min－1)
0.1 c1 8.0
c2 c1 16.0
c2 0.15 6.75
0.2
1.0×104
5．300 ℃時，2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)的正反應速率表達式為v正＝k·cn(ClNO)，測得正反應速率和濃度的關系如下表：
n＝________；k＝____________________。
序號 c(ClNO)/(mol·L－1) v正/(mol·L－1·s－1)
① 0.30 3.60×10－9
② 0.60 1.44×10－8
③ 0.90 3.24×10－8
2
4.0×10－8 L·mol－1·s－1
解析：根據表格①②中的數據，代入正反應速率表達式然后做比值：＝，解得n＝2，將n和①或②或③中數據代入正反應速率表達式得k＝4.0×10－8 L·mol－1·s－1。
6．已知2N2O5(g) 2N2O4(g)＋O2(g)，起始時N2O5(g)為35.8 kPa，分解的反應速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min時，測得體系中pO2＝2.9 kPa，則此時的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
30.0
6.0×10－2
解析：　 2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始/kPa 35.8 0 0
變化/kPa 2.9×2 2.9×2 2.9
62 min時/kPa 30.0 5.8 2.9
v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
考點二
考點二　反應歷程圖像分析
1.常考影響化學反應速率的因素：濃度、溫度、壓強、催化劑的活性、接觸面積、原電池原理、副反應等。
2．隨著時間的推移，反應物濃度減小，反應速率減小。
3．絕大多數催化劑都有活性溫度范圍，溫度太低時，催化劑的活性太小，反應速率太慢；隨溫度升高，反應速率逐漸增大，物質轉化率增大，溫度過高又會破壞催化劑的活性。
4．速率圖像分析的一般方法
(1)看清關鍵點：起點、終點和變化點。
(2)看清變化趨勢。
(3)綜合分析反應原理，如有的反應放熱造成溫度升高，反應速率加快；有的反應生成的金屬與原金屬形成原電池，反應速率加快；有的反應物濃度減小，反應速率減慢；有的反應生成物中有催化劑，反應速率加快；有的反應溫度過高，造成催化劑失去活性，反應速率減慢等。
【教考銜接】
典例1 [2023·新課標卷，29(2)]研究表明，合成氨反應在Fe催化劑上可能通過圖2機理進行(*表示催化劑表面吸附位表示被吸附于催化劑表面的N2)。判斷上述反應機理中，速率控制步驟(即速率最慢步驟)為________(填步驟前的標號)，理由是________________。
答案：(ⅱ)　在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H—H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)
解析：由圖1中信息可知，N2(g)===N(g)的ΔH＝＋473 kJ·mol－1，則N≡N的鍵能為946 kJ·mol－1；H2(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ·mol－1，則H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol－1。在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H—H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)。
典例2 [2023·遼寧卷，18(3)(ⅱ)]接觸法制硫酸的關鍵反應為SO2的催化氧化：
SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
為提高釩催化劑的綜合性能，我國科學家對其進行了改良。不同催化劑下，溫度和轉化率關系如下圖所示，催化性能最佳的是________(填標號)。
d
解析：為了提高催化劑的綜合性能，科學家對催化劑進行了改良，從圖中可以看出標號為d的催化劑V K Cs Ce對SO2的轉化率最好，產率最佳，故答案選d。
【對點演練】
考向一　濃度與溫度對化學反應速率的影響
1．把在空氣中久置的鋁片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1鹽酸的燒杯中，該鋁片與鹽酸反應生成氫氣的速率v與反應時間t可用如圖的坐標曲線來表示。
回答下列問題：
(1)O→a段不生成氫氣的原因是___________________________________________________________。
(2)b→c段生成氫氣的速率增加較快的主要原因可能是____________________________________________________________。
(3)t＞c時生成氫氣的速率降低的主要原因是________________________________________。
鋁的表面有一層致密的Al2O3薄膜，能與H＋反應得到鹽和水，無氫氣放出
反應放熱，溶液溫度升高，反應速率加快(或反應產生的鋁離子是該反應的催化劑)
隨著反應的進行，溶液中氫離子的濃度逐漸降低
考向二　溫度與選擇性的雙重影響
2．汽車排氣管裝有三元催化劑裝置，在催化劑表面通過發生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反應機理如下[Pt(s)表示催化劑，右上角帶“*”表示吸附狀態]：
Ⅰ.NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ.CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ.NO*===N*＋O*
Ⅳ.CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ.N*＋ N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ.NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
經測定汽車尾氣中反應物濃度及生成物濃度隨溫度T變化關系如圖1和圖2所示。
(1)圖1中溫度從Ta升至Tb的過程中，反應物濃度急劇減小的主要原因是____________________________________。
(2)圖2中T2 ℃時反應Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反應Ⅵ的活化能；T3 ℃時發生的主要反應為________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
溫度升高，催化劑活性增強，反應速率加快
>
Ⅳ
解析：(1)由圖1可知，溫度升高，反應物的消耗量增大，說明催化劑的活性增強，反應速率加快。
(2)由圖2可知，T2 ℃時，N2的濃度小于N2O的濃度，說明反應Ⅴ的反應速率小于反應Ⅵ的反應速率，則反應Ⅴ的活化能大于反應Ⅵ的活化能；T3 ℃時，生成物二氧化碳的濃度最大，說明發生的主要反應為反應Ⅳ。
3．NOx（主要指NO和NO2）是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環境保護的重要課題。在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器中反應（裝置見圖1）。
反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250 ℃范圍內隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________；
當反應溫度高于380 ℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________________。
迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使 NOx 去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高，催化劑活性下降，反應速率上升較慢
催化劑活性下降；NH3 與 O2 反應生成了 NO

展開更多......

收起↑