2.1.3 活化能 课件 高二上学期化学人教版选择性必修1

第一章化学反应的热效应第二章化学反应速率与化学平衡第一节化学反应速率第3课时

活化能学习目标1、了解活化分子、活化能及有效碰撞的简单概念。2、理解基元反应及反应历程。3、能用简单碰撞理论正确解释外界条件对化学反应速率的影响。为什么不同反应速率千差万别，同一反应，条件不同，速率也不同？如何解释浓度、压强、温度及催化剂等因素对化学反应速率的影响？石油的形成气体爆炸Na2S2O3与H2SO4反应新课导入思考与交流：活化能与简单碰撞理论2.旧键断裂和新键形成又是如何发生的呢？1.化学反应是如何发生的？请结合我们学过的化学键知识来解释化学反应的本质？反应物中旧化学键的断裂生成物中新化学键的形成1918年，路易斯提出了化学反应速率的简单碰撞理论。该理论认为，反应物分子间的碰撞是化学反应的先决条件。吉尔伯特·牛顿·路易斯简单碰撞理论在一个洁净的容器内，混有H2和O2（物质的量之比为2:1）,根据理论计算，在常温常压下，每个H2和O2自身或它们之间每秒钟平均碰撞2.35×1010次，如果每次碰撞都能引发反应，那么整个容器内的氢气和氧气将在极短的时间内全部变成水。实际上，它们可以共存数百年而不变。下面用2个例子，对碰撞理论进行讨论。2HI(g)=H2(g)+I2(g)通过理论计算，浓度为1×10-3mol·L-1的HI气体，在973K时分子碰撞次数约为3.5×1028L-1·s-1。如果每次碰撞都发生反应，反应速率应约为5.8×104mol·L-1·s-1。但实验测得，在这种条件下实际反应速率约为1.2×10-8mol·L-1·s-1。【思考】这些事实能说明什么呢？任务一基元反应与反应历程大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。如：总反应：2HI=H2+I2

实际上是经过下列两步反应完成的

第一步：

2HI→2I•

（自由基）+H2

第二步：

2I•→I2自由基：带有单电子的原子或原子团。自由基的反应活性很强，寿命短，呈电中性。(慢）(快）基元反应→（决速步）基元反应→反应历程（反应机理）

这两个先后进行的基元反应反映了2HI=H2+I2的反应历程。反应历程又称反应机理。任务一基元反应与反应历程2、反应历程（反应机理）基元反应构成的反应序列称为反应历程。基元反应的总和称为总反应。注意1.反应不同，反应历程也不相同2.同一反应，在不同条件下，反应历程也可能不同3.反应历程的差别造成了化学反应速率的不同4.对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定一、基元反应和反应历程任务二有效碰撞与活化能任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。通常情况下，当气体的浓度为1mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到1028次。如果反应物分子间的任何一次碰撞都能发生反应的话，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。为什么有的碰撞可以发生反应，而有的不能发生反应?与哪些因素有关系？分子无规则高速运动彼此碰撞（每秒约1028次）有效碰撞无效碰撞发生反应不发生反应【思考】是否每一次碰撞就能完成一次化学反应呢？思考：分子间发生怎样的碰撞，才会发生化学反应？如果将篮球投入篮筐看作发生反应，思考篮球入筐需要的条件。力道不足(进不去球)取向不对(进不去球)力道、取向恰好(进球)任务二有效碰撞与活化能有足够的能量和合适的取向碰撞时取向不合适碰撞时能量不足HI分解反应中分子碰撞示意图无效碰撞有效碰撞任务二有效碰撞与活化能类比一下二、有效碰撞：有效碰撞发生的条件反应物分子必须具有一定的能量合适的取向能发生化学反应的碰撞称为有效碰撞。单位时间内有效碰撞的次数越多，该反应的速率越快。反应过程

ΔHE1OE2图2-3化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量E反应物:反应物分子的平均能量E生成物:生成物分子的平均能量活化分子(过渡态)E1表示反应的活化能请在图中找到①反应物和生成物分子的平均能量②该反应的活化能③活化分子变成生成物分子放出的能量反应的活化能活化分子变成生成物分子放出的能量（或逆反应的活化能）ΔH=E1-E2讨论：活化能影响焓变大小吗？E生成物E反应物三、活化能不影响。活化能是反应发生需要克服的能量壁垒，而活化能是反应前后体系的能量差，只由起点（反应物能量）和终点（生成物能量）决定四、有效碰撞理论（1）活化分子百分数总分子数包含：活化分子数和普通分子数

活化分子总数

反应总分子数×100%（2）活化分子百分数与反应速率关系活化分子百分数越大，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率加快。（3）活化能与化学反应速率关系活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子，化学反应就越容易发生，反应速率越快。一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)（4）化学反应过程碰撞有效碰撞无效碰撞普通分子活化分子新物质能量活化能合适取向探究课堂有没有活化能为0的化学反应？案例1：AgNO3溶液与NaCl溶液混合。离子间的反应瞬间完成可看作活化能为0案例2：在高空50~85Km的大气层，平均温度只有-50℃，存在大量自由原子之间的反应，不需要活化能的推动。反应活化能为0的反应：自由移动的原子或离子之间的反应学习评价1、一定温度下，反应H2＋Cl2=2HCl中的某一基元反应H2＋Cl=HCl＋H，其能量变化如下图所示。H…H…Cl表示反应物分子旧化学键没有完全断裂、新化学键没有完全形成的过渡态。该基元反应的活化能为

kJ·mol－1，ΔH为

kJ·mol－121.5+7.5学习评价2、ICl与H2能发生反应H2(g)+2ICl(g)=I2(g)+2HCl(g)

ΔH<0。已知:①该反应由两个基元反应分步完成,第一步:H2+ICl=HI+HCl;②两步反应的活化能分别为Ea1、Ea2,且Ea1>Ea2。下列判断正确的是(

)A.第一步反应不是氧化还原反应B.已知键能：H—H>I—I，可推知键能：H—Cl>I—ClC.第一步的化学反应速率大于第二步的化学反应速率D.第二步的化学方程式为HI+ICl=I2+2HClB任务三碰撞理论解释化学反应速率的影响因素三、有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释结合碰撞理论，探讨外因的改变影响化学反应速率的原因：反应物本身的性质活化能的大小单位体积内活化分子的多少单位时间内有效碰撞次数的多少化学反应速率快慢决定决定决定决定内因外因【思考】如何用碰撞理论解释化学反应速率的影响因素？三、运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响1.解释浓度对反应速率的影响分子总数:20活化分子数:6活化分子百分数:30%分子总数:10活化分子数:3活化分子百分数:30%单位体积内活化分子数增加单位时间有效碰撞次数增加反应速率加快活化分子百分数不变增大浓度三、运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响2.解释压强对反应速率的影响分子总数:10活化分子数:3活化分子百分数:30%分子总数:10活化分子数:3活化分子百分数:30%单位时间有效碰撞次数增加反应速率加快压缩体积，压强增大增大压强浓度增大单位体积内活化分子数增加活化分子百分数不变分子总数:20活化分子数:6活化分子百分数:30%单位体积内不一定。（压强→气体浓度→有气体参加）【问题讨论】增大压强，反应速率一定增大吗？三、运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响3.解释温度对反应速率的影响分子总数:10活化分子数:5活化分子百分数:50%分子总数:10活化分子数:3活化分子百分数:30%温度升高，分子能量提高温度升高活化分子百分数提高单位时间有效碰撞次数增加反应速率加快体系吸收能量单位体积内活化分子数增加三、运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响4.解释催化剂对反应速率的影响加入催化剂降低化学反应所需的活化能单位时间有效碰撞次数增加反应速率加快单位体积内活化分子数增加催化剂的研究是高科技领域的重要内容。任务三碰撞理论解释化学反应速率的影响因素未使用催化剂时：反应A+B=AB的活化能为Ea使用催化剂K后：反应分两步（历程改变）第一步：A+K=AK，活化能为EalK是催化剂，前后质量不变；AK是中间产物；[A…B]✱是过渡态第二步：AK+B=AB+K活化能为Ea2总反应：A+B=AB这两个分步反应的活化能都比原来的Ea要小，因此反应速率加快。又因为Ea1>Ea2,所以第一步是慢反应，第二步是快反应。而整个反应的速率是由慢反应决定的，也叫“决速步骤”。所以第一步的活化能Eal就是在催化剂条件下，整个反应的活化能。4、催化剂对反应速率的影响AK3.（2023湖北高考）图示历程包含

个基元反应，其中反应速率最慢的是第_______个，请分别写出基元反应及总反应方程式__________________________________。学习评价33影响化学反应速率因素的解释单位时间内、单位体积内有效碰撞次数改变改变化学反应速率简单碰撞理论浓度、压强活化分子的百分数增大温度、催化剂单位体积内活化分子数增多单位体积内活化分子数增多①活化分子数变，反应速率不一定变；但单位体积内活化分子数变，或者活化分子百分数变，则反应速率一定变。②对于可逆反应，升温、加压，加入催化剂既加快正反应速率又加快逆反应速率。单位体积内活化分子总数增加

课堂小结学习评价4、下列说法不正确的是(

)A．增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多B．增大压强，单位体积内气体的活化分子数增多，有效碰撞次数增多C．升高温度，活化分子百分数增加，分子运动速度加快，有效碰撞次数增多D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞次数增多A探究课堂其他因素对化学反应速率的影响光辐照电弧放射线辐照强磁场超声波高速研磨总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率探究课堂飞秒化学冲刺时间分辨技术飞秒激光器始态、过渡态、终态学习评价A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能B.图乙中HI分子发生了有效碰撞C.盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零D.增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，

单位时间内有效碰撞次数增加4、我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞；发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫做活化分子；活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。下列说法不正确的是(

)B图乙ⅠⅡ图甲√×√√学习评价5、活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是(

)

A．该反应为吸热反应B．产物的稳定性：P1>P2C．该历程中最大正反应的

活化能E正＝186.19kJ·mol－1D．相同条件下，由中间产物Z

转化为产物的速率：v(P1)<v(P2)C学习评价6、(2022·广东卷)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图,X(g)→Y(g)过程的焓变为____________________(列式表示)。

E1-E2+ΔH+E3-E47、(2021·广东卷)一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分______步进行,其中,第______步的正反应活化能最大。

44①在反应