疑难||活化能在高中教学中的困惑及解答

高中学段关于活化能的教学，常遇见下面两个困惑。

1.活化能是反应历程中最高能量与反应物能量的差值吗？

2.活化能受温度和压强的影响吗？

本文基于博士论文《甲烷水汽重整动力学研究及抗积碳催化剂设计》（下文简称《SMR》）中所构建的甲烷水汽重整（SMR）的动力学过程，对上面两个问题分别进行阐述。

SMR反应，即，高温，甲烷在催化剂Ni的作用下与水反应，得到CO和H₂，并吸收大量热的过程：

CH₄（g） H₂O（g）

CO（g） 3 H₂（g）∆H = 206 kJ・mol^-1

在SMR过程中，不可避免另一个重要反应，即水汽转化（WGS）反应：

CO（g） H₂O（g）

CO₂（g） H₂（g） ∆H = 41.2 kJ・mol^-1

SMR反应由40个基元反应组成，如下：

序号	基元反应	活化能（能垒）kJ・mol-1
1	CH4  2✻ CH3✻  H✻	86
2	CH3✻   ✻ CH2✻  H✻	71
3	CH2✻   ✻ CH✻  H✻	31
4	CH✻   ✻ C✻ H✻	130
5	CH3✻  OH✻  CH3OH✻   ✻	144
6	CH2✻  OH✻  CH2OH✻   ✻	121
7	CH✻  OH✻  CHOH✻   ✻	136
8	C✻  OH✻  COH✻   ✻	131
9	CH3✻  O✻  CH3O✻   ✻	133
10	CH2✻  O✻  CHO✻   ✻	112
11	CH✻  O✻  CHO✻   ✻	139
12	C✻  O✻  CO✻   ✻	92
13	CH3OH✻   ✻ CH2OH✻  H✻	57
14	CH2OH✻   ✻ CHOH✻  H✻	91
15	CH2OH✻   ✻ COH✻  H✻	68
16	CH3OH✻   ✻ CH3O✻  H✻	77.6
17	CH2OH✻   ✻ CH2O✻  H✻	95
18	CHOH✻   ✻ CHO✻  H✻	86
19	COH✻   ✻ CO✻  H✻	24
20	CH3O✻   ✻ CH2O✻  H✻	37
21	CH2O✻   ✻ CHO✻  H✻	64
22	CHO✻   ✻ CO✻  H✻	135
23	CHO✻  O✻ HCOO✻	85
24	CO✻  O✻ CO 2✻  ✻	105
25	H2O✻   ✻ OH✻  H✻	17
26	OH✻   ✻ O✻  H✻	101
27	H2O✻  O✻ OH✻  OH✻	85
28	CO✻  OH✻ COOH✻   ✻	18
29	COOH✻   ✻ CO2✻  H✻	5
30	HCOO✻   ✻ CO2✻  H✻	0
31	H2  2✻ H✻  H✻	0
32	H2O  ✻ H2O✻	25
33	CO  ✻ CO✻	0
34	CO2   ✻ CO2✻	45
35	CH3OH  ✻ CH3OH ✻	0
36	C✻  H2O ✻ CH✻ OH✻	45
37	C✻  H2O ✻ COH✻ H✻	99
38	COH✻  OH ✻ CO✻ H2O✻	15
39	HCO✻  OH ✻ HCO✻ H2O✻	12
40	H2COH✻  OH ✻ H2CO✻ H2O✻	17

文章《SMR》经过动力学计算，得出SMR过程的活化能（E_a）为

式中A_β2和A_β11随温度的变化而变化，数据见下表

T/℃	500	600	700	800	900	1000	1100
Aβ2	3.9×10-2	2.5×10-2	1.8×10-2	1.4×10-2	1.1×10-2	9.5×10-3	8.3×10-3
Aβ11	1.2×10-2	1.6×10-2	3.5×10-4	1.0×10-4	3.9×10-5	1.8×10-5	9.4×10-6

文章《SMR》根据上面活化能的公式，对活化能随水分压、氢分压及温度的变化进行了绘图。

通过上文活化能公式，或图（a）和图（b），我们可以很清晰地得出结论：SMR反应（Ni催化）的活化能同时受到温度、水分压及氢分压的影响。如此当然，SMR反应的活化能不是反应历程中最高能量与反应物能量的差值。这就回答了文初的两个疑问。

上文的阐述是基于实际例子——SMR动力学过程。实际上，在付献彩的《物理化学》中，早有关于对“活化能是反应历程中最高能量与反应物能量的差值吗？”的回答，截图如下：

综上，可以对文初的两个问题进行回答：

1.活化能不一定是反应历程中最高能量与反应物能量的差值；

2.活化能可能受温度和压强的影响。

当然中学化学解题时，要简化处理！