《2023年高考化学热点专项导航与精练（新高考专用）》专项20 能量变化历程中能垒图（解析版）

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第三篇 化学反应与能量
专项 20 能量变化历程中能垒图
在化学反应过程中，反应前后能量会发生变化。能垒指的是由于化学反应的成功发生对于反应物到达
能量高的过渡态的过程的依赖性而产生的一个“阻碍”，只有一部分有足够能量的分子才能跨越能垒进行
反应，每一个小的分步反应的从较低能量到过渡态所吸收的能量，可以理解成 ΔH-t 图中“爬坡”的阶段，
这些阶段的吸收的能量都是能垒。而活化能则是对能垒的一种量化描述，它代表着反应物到过渡态的具体
能量差值，在这个 ΔH-t 图中，最高点(也就是能量最大的过渡态)到起始点(反应物)所吸收的能量。也就是，
活化能越高，能垒越高，反应速率越慢，反之亦然。教材中的能量变化图示如下：
反应历程与活化能 催化剂对反应历程与活化能影响
人教版新教材
鲁科版新教材
苏教版
(1)反应历程中的最大能垒是指正反应过程中最大相对能量的差值，可以用估算法的方法进行确定；
(2)能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应；
(3)相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。
1．(2022•湖南选择性考试)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下图所示：
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是( )
A．进程Ⅰ是放热反应 B．平衡时 P的产率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成 P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
【答案】AD
【解析】A项，由图中信息可知，进程Ⅰ中 S的总能量大于产物 P的总能量，因此进程 I是放热反应，
A说法正确；B项，进程Ⅱ中使用了催化剂 X，但是催化剂不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时
P的产率相同，B说法不正确；C项，进程Ⅲ中由 S•Y 转化为 P•Y 的活化能高于进程Ⅱ中由 S•X 转化为 P•X
的活化能，由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤，因此生成 P的速率为Ⅲ<Ⅱ，Ｃ说法不正确；D项，
由图中信息可知，进程Ⅳ中 S吸附到 Z表面生成 S•Z，然后 S•Z 转化为产物 P•Z，由于 P•Z 没有转化为 P＋
Z，因此，Z没有表现出催化作用，D说法正确；故选 AD。
2．(2021•湖南选择性考试)铁的配合物离子(用[L Fe H]﹣ ﹣ +表示)催化某反应的一种反应机理和相对能
量的变化情况如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．该过程的总反应为 HCOOH CO2↑+H2↑
B．H+浓度过大或者过小，均导致反应速率降低
C．该催化循环中 Fe 元素的化合价发生了变化
D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定
【答案】D
【解析】反应历程 HCOOH→HCOO﹣+H+，[L Fe H]﹣ ﹣ ++HCOO﹣→， → CO2+
，+H+→， →Ⅰ[L Fe H]﹣ ﹣ ++H2↑。A项，合并 HCOOH→HCOO﹣
+H+，[L Fe H]﹣ ﹣ ++HCOO﹣→， → CO2+，+H+→，
→Ⅰ[L Fe H]﹣ ﹣ ++H2，得总方程式，该过程的总反应为 HCOOH CO2↑+H2↑，故 A正确；
B项，H+浓度过大 HCOO﹣浓度减小，[L Fe H]﹣ ﹣ ++HCOO﹣→反应慢，H+浓度过小 +H+→
反应慢，H+浓度过大或者过小，均导致反应速率降低，故 B正确；C项， →CO2+
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