高考化学活化能概念题型的研究

顾仲良

(浙江省海宁市第一中学 314400)

化学反应的活化能是影响化学反应速率的一个重要因素，是化学动力学上的一个重要概念.教育部制定的《化学课程标准(2017年版)》对化学反应的方向、限度和速率的内容要求“知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响”.学生对活化能概念的探究，不仅可以很好地突破高中化学学习的重点、难点，而且也使学生为更高级别的大学学习打开坚实的基础.同时有关活化能的试题也是频频出现在近年各类高考试卷中，示例如下：

考试类别题号考查内容2018年高考化学全国卷Ⅰ第28题(3)D选项活化能对反应速率的影响2018年高考化学全国卷Ⅱ第27题(2)催化剂影响反应的活化能2018年高考北京卷第7题过渡态理论2018年高考天津卷第2题C选项活化能影响反应进行的难易程度2018年浙江省选考11月份卷第30题第(一)组题活化能影响整体反应过程速率2017年浙江省选考11月份卷第30题第Ⅰ小题活化能与能量变化曲线的关系

纵观历年化学高考，活化能是考查学生“化学反应速率”这个 “变化观念与平衡思想”的核心素养的重要入手，所以在平时的复习教学中，如何帮助学生明析活化能概念，了解活化能试题的命题方向都是促进学生化学核心素养发展的重要手段.下面就活化能概念的考查内容进行论述.

一、催化剂通过改变活化能来影响化学反应速率

(1)催化剂条件下在某容器中充入反应物进行此反应，下图曲线A是在催化作用下，反应进行过程中甲醇(MeOH)的生成量.请画出不使用催化剂，在相同体积和材质的容器中甲醇的生成曲线.

(2)某小组研究高压条件下CO与H2的合成所选用的催化剂，但由于缺乏高压设备.有小组成员提出可以研究使甲醇在常压下分解的合适催化剂，同样可以取得效果，你认为这位小组成员的假设成立吗？为什么？

二、通过判断反应活化能的大小来解释反应速率变化

活化能数据是化学动力学中的一个重要数据，这一数据的获得还是主要依靠实验测得.获取某一反应(基元反应和总包反应)的活化能可以利用对阿累尼乌斯公式的定积分式或微分式，进行不同温度下反应速率之比计算，或者对多次不同温度下测量反应速率常数作图计算斜率获得.由作图法可知，其实活化能与温度变化会有细微的变化，当温差大于500K时，活化能的变化比较明显.所以活化能的大小除了与催化剂有关，还与温度有关.

除了用实验方法获得活化能外，还可以从反应物化学键的键能大小上来估算活化能.这种活化能估算的方法是利用经验规则，虽然比较粗糙，但用来分析反应速率的问题还是有效的.

例2乙烯在503K温度下，用银催化可与氧气发生反应，生成产物中有环氧乙烷、二氧化碳和水蒸汽.我国著名化学家孙承谔教授研究表明，这是并列进行的两个平行反应，不是两个连续反应，反应式如下：

通过文献梳理发现，无论是狭义上的碳信息披露还是广义上的企业社会责任信息披露，其对企业融资约束的影响都发挥了积极的作用，但仍存在以下问题有待补充和完善：（1）直接研究碳信息披露与企业融资约束间关系的文献较少，仅有的一篇实证文献所采用的数据也较为陈旧，时效性方面有所欠缺；（2）已有文献忽视了企业生命周期对碳信息披露与企业融资约束间关系的动态影响，引入企业生命周期理论对研究样本进行分类检验尤为必要。

环氧乙烷

ΔH=-104.8 kJ·mol-1

ΔH=-1321.7 kJ·mol-1

(1)研究表明，在503K温度下反应时，反应①的速率比反应②快将近100倍，请说明理由：____.

(2)在下图画出反应①和反应②氧化的反应过程与能量变化示意图.

三、活化能大小对反应速率的影响随温度变化的敏感性

在化学反应中，大多数的反应是温度升高化学反应速率增大，也有极少的如NO氧化成NO2的反应随温度升高化学反应速率下降的，也有一些酶催化反应会因温度升高引起酶的失活而使反应速率下降.在上述几种情况中，第一种是最常见的，所以我们经常讨论的也是这种情况.这种反应的速率与温度的关系大致可以按范特霍夫经验规则，温度每升高10℃，速率大致增快2～4倍.其实不同的化学反应过程，上升同样的温度，速率增大的增量并不是完全相同的，这也就是反应速率随温度变化的敏感程度是不同的.比如两个活化能分别为184.1 kJ·mol-1和272.0 kJ·mol-1气相反应，分别在373K和383K的温度进行，根据阿累尼乌斯经验式的定积分的变形计算可得，当温度升高10K时，这两个反应的速率分别增加到了原来的17.27倍和69.03倍.所以可以得出结论，化学反应的活化能大，则该反应的化学反应速率随温度变化越敏感.这是因为在一定温度下，活化能较大的反应继续升高温度，可以使较多的普通分子转化为活化分子发生有效碰撞，而活化能较小的反应，在一定温度时活化分子的百分比已经足够大，温度升高对其影响较小.

①C6H5Cl+ Cl2→o-C6H4Cl2(邻二氯苯)+HClEa1

②C6H5Cl+ Cl2→p-C6H4Cl2(对二氯苯)+HClEa2

(1)已知在I2作催化剂情况下，两个反应的活化能Ea1>Ea2，如果某实验需要以o-C6H4Cl2(邻二氯苯)为主产物，并抑制副产物p-C6H4Cl2(对二氯苯)的产生该选择下列哪个操作( ).

A.升高一定的温度 B.降低一定的温度

C.换一种合适催化剂 D.加入大量对二氯苯

(2)在反应的过程中，还会有极少量(大约2%)的m-C6H4Cl2(间二氯苯)产物生成，若生成间二氯苯的反应的活化能为Ea3，则Ea3与Ea1的关系是：____.

高考内容是以化学学科核心素养的五个维度出发，达成实际问题的具体化和真实情境的载体化.活化能虽然是化学反应原理研究中有关化学反应速率问题一个小点，但在日常教学中要注重活化能概念的内涵和外延，注重这个问题研究过程中对学生化学知识的储备、创新思维的培养、核心素养的发展起的关键作用，充分挖掘涉及到的科学原理和概念，深入地体会其中的科学研究方法和科学思维路径，从而实现学科核心素养的完美落地.