高考化学中活化能与反应速率关系的图像分析题解题技巧

在高考化学中，活化能与反应速率关系的图像分析题是高频考点，通常结合能量-反应进程图、阿伦尼乌斯曲线、多条件对比图像等形式进行综合考查。以下是针对此类题型的解题技巧及核心思路：

一、关键概念与图像基础

1. 活化能（Ea）：

定义：普通分子变为活化分子所需的最低能量。

图像特征：在能量-反应进程图中，正反应的活化能为正反应路径的能垒高度（Ea正），逆反应的活化能为逆反应路径的能垒高度（Ea逆）。

催化剂的作用：通过降低活化能（Ea）加快反应速率，但不改变反应的ΔH（焓变）。

2. 反应热（ΔH）：

正反应的ΔH = 生成物能量

反应物能量 = Ea逆 - Ea正。

若ΔH < 0（放热反应），则Ea逆 > Ea正；若ΔH > 0（吸热反应），则Ea逆 < Ea正。

二、常见图像类型及解题技巧

1. 能量-反应进程图

核心分析点：

能垒高度：能垒越高，活化能越大，反应速率越慢。

催化剂影响：催化剂提供新路径，使能垒降低（图中有两条能垒线）。

反应方向判断：根据ΔH的正负判断吸/放热反应。

示例：

催化剂存在时：正、逆反应的活化能均降低，但ΔH不变。

多步骤反应：总反应速率由活化能最高的步骤（决速步）决定。

2. 阿伦尼乌斯曲线（lnk vs 1/T）

公式：lnk = lnA

Ea/(RT)

斜率：-Ea/R，斜率越大，活化能越高。

催化剂的影响：降低Ea，使直线斜率减小（更平缓）。

温度影响：温度升高时，k增大，但活化能不变。

3. 速率-条件对比图

常见类型：

不同温度、压强、催化剂条件下的速率变化曲线。

多反应路径（如竞争反应、连续反应）的速率对比。

解题技巧：

温度升高：所有反应速率均增大，但吸热反应增幅更大。

催化剂选择性：仅加速某一反应路径，需结合图像判断主副反应。

三、高频考点及易错点

1. 催化剂与活化能的关系：

催化剂同等降低正、逆反应的活化能，不改变ΔH，但可能改变反应路径（如基元反应）。

易错点：误认为催化剂改变ΔH或平衡转化率。

2. 决速步的活化能判断：

对于多步骤反应，总反应速率由活化能最高的步骤决定。例如，若某步骤的Ea显著高于其他步骤，则为决速步。

3. 阿伦尼乌斯方程的应用：

计算不同温度下的速率常数比值时，需注意温度单位（需转换为开尔文）。

示例：若Ea不变，温度升高50℃，反应速率常数增大倍数可通过公式计算。

4. 图像中ΔH的隐含信息：

放热反应的平衡常数随温度升高而减小，需结合温度对平衡移动的影响分析。

四、实战演练思路

1. 审题定位：明确图像类型（能量图、速率-温度曲线等），标注关键点（Ea、ΔH、催化剂路径）。

2. 关联公式与概念：结合活化能定义、阿伦尼乌斯方程、有效碰撞理论等。

3. 排除干扰项：如催化剂不影响ΔH，升温可能破坏催化剂活性等。

4. 综合判断：结合图像和题目条件，分析反应方向、速率变化及平衡移动趋势。

五、典型例题解析

例题：

下图为某反应的能量-反应进程图，实线表示无催化剂，虚线表示有催化剂。

（1）判断该反应是放热还是吸热？

（2）催化剂如何影响活化能？

解析：

（1）反应物总能量 > 生成物总能量 → ΔH < 0（放热反应）。

（2）催化剂降低正、逆反应的活化能（虚线能垒更低），但ΔH保持不变。

通过以上技巧的系统训练，考生可快速识别图像关键信息，结合活化能与反应速率的本质规律，高效解答此类题目。建议结合真题演练，强化图像分析能力。