活化能及有效碰撞理论+高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章

化学反应速率与化学平衡第一节

化学反应速率第2课时：活化能1.认识“基元反应”、“反应历程（反应机理）”、“有效碰撞”、“活化分子”、“活化能”等概念2.用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的建构过程，强化模型认知意识3.了解催化剂对于化学科学研究和化工生产的巨大作用

内因外因影响方式反应物浓度反应温度催化剂固体表面积浓度越大速率越快温度越高速率越快通常加快速率表面积越大速率越快气体压强压强越大(压缩体积)速率越快物质本身的性质形成原电池，通常能加快

ν

影响效果:反应物自身的性质＞＞催化剂＞温度＞浓度＞＞固体表面积思考1：如何解释c、P、T、催化剂对化学反应速率的影响呢？反应历程(反应机理)：2H2(g)+O2(g)

=2H2O(l)ΔH=−571.6kJ/mol自由基：带有单电子的原子或原子团叫自由基如：I·自由基、O·自由基自由基反应活性很强，寿命极短注：仅展示前4步，实际包含12步基元反应H2→2H·H·+O2→·OH+O·O·+H2→·OH+H··OH+H2→H2O+H·基元反应：通过碰撞一步直接转化为产物的反应

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，每一步反应都称为基元反应2HI=H2+I2基元反应：2HI→H2+2I·

2I·→I2资料1：通常情况下，当气体的浓度为1mol/L时，

在每立方厘米、每秒内反应物分子的碰撞可达到1028次资料2：不同温度下，各速率区间的氧气分子数占总分子数的百分比分子之间存在剧烈碰撞（碰撞是发生化学反应的前提）1.同温度下，分子的能量、运动速率不同2.能量很高或很低的分子所占比例很小3.升高温度，分子的能量增大思考3：是不是所有的碰撞都能引发反应？力量不够取向不好好球！有效碰撞分子不停运动接触有效碰撞无效碰撞有效碰撞的频率越高，反应速率越快碰撞发生有效碰撞的条件：①发生碰撞的分子必须有足够高的能量②分子发生碰撞时必须有合适的取向发生化学反应活化分子：具有足够能量，能够发生有效碰撞的分子思考4：活化分子的碰撞一定是有效碰撞吗？不一定，要考虑取向问题思考5：普通分子如何变为活化分子？普通分子需要得到足够的能量才能变成活化分子基元反应中，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反应热：ΔH=E1﹣E2即：正反应的活化能-逆反应活化能能量反应物分子平均能量生成物分子平均能量反应过程E2逆反应的活化能E1(正)反应的活化能活化分子平均能量反应热ΔH=E1-E2活化分子变成生成物分子放出的能量反应物分子变成活化分子吸收的能量过渡态思考6：活化能越小，化学反应速率越

快1.下列说法不正确的是A.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞B.能发生有效碰撞的分子必须是活化分子C.活化能越大的反应，反应越不容易进行D.基元反应是指反应物分子能一步直接转化为产物的反应A2．NO催化O3生成O2的过程由以下三步基元反应构成：第1步：NO(g)+O3(g)=O2(g)+NO2(g)△H1第2步：NO2(g)=NO(g)+O(g)△H2第3步：O(g)+O3(g)=2O2(g)△H3下列说法正确的是A．三步基元反应都是放热反应B．第2步是总反应的决速步C．该过程共有三种中间产物D．总反应2O3(g)⇌3O2(g)的焓变为ΔH1+ΔH2+ΔH3第1步是吸热活化能越大，反应越难进行，故第1步是总反应的决速步反应过程中间产物只有NO2和O两种D表示过渡态表示中间产物①反应历程包括

步基元反应②第

步基元反应最难发生，即为该反应的决速步31单位体积内活化分子数越多，有效碰撞次数越多，反应速率越快普通分子吸收能量活化分子有效碰撞发生反应取向合适活化分子百分数

=活化分子数反应物分子数×100%其他条件不变时，同一反应活化分子在反应物中所占的百分数是一定的单位体积内活化分子数=单位体积内分子总数×活化分子百分数思考1：用碰撞理论解释：体积固定的密闭容器进行的合成氨反应

①增大H2浓度，反应速率增大；②升高温度，反应速率增大

影响外因

单位体积内有效碰撞次数化学反应速率分子总数活化分子百分数活化分子数增大浓度升高温度增加增加增加加快增加普通分子活化分子不变不变增加加快增加思考2：用碰撞理论解释：在下列密闭容器进行合成氨反应，如下两种增大压强的方式对反应速率有何影响?压缩体积

影响外因

单位体积内化学反应速率分子总数活化分子百分数活化分子数压缩体积恒容充入惰性气体惰性气体恒容充入惰性气体增加不变加快增加不变不变不变不变在V2O5表面催化反应的一般过程：扩散一吸附一反应一解吸思考3：结合下图分析催化剂加快化学反应速率的原因能量SO3(g)

反应过程E非

E催

Ea1

Ea2

非催化反应催化反应

①SO2+V2O5=2VO2+SO3

V2O5催化剂是以参与反应的形式，通过降低活化能来加快化学反应速率中间产物思考4：中间产物是

VO2思考5：加入催化剂会改变反应的焓变吗？注意：催化剂不改变反应焓变!高中阶段，总反应活化能E催：最高点和反应物之间的能量差E非>E催思考5：决速步骤是

第二步加入催化剂

影响外因

单位体积内化学反应速率分子总数活化分子百分数活化分子数加入催化剂不变增加加快增加催化剂是以参与反应的形式，通过降低活化能来加快化学反应速率化学反应历程：多个基元反应组成总反应每一步基元反应需要有效碰撞才能发生有效碰撞的条件：能量足够（活化分子）、取向合适活化能（E₁）：活化分子平均能量−反应物分子平均能量E₁越低，反应越容易，速率越快加快反应速率的关键：提高单位体积中活化分子数升温催化剂单位体积内活化分子数=单位体积内分子总数×活化分子百分数改变浓度改变容积改变压强迷思1：活化能>0，反应发生一定需要加热吗？不一定，实际反应物分子中存在部分活化分子，这些活化分子能发生有效碰撞，无需任何外在条件活化能很低→活化分子数较多→常温常压下即可较快反应活化能很高→活化分子数极少→反应极慢，需加热提高速率迷思2：E1到底是活化能还是键能第一章反应热讲到E1是反应物的键能之和，这是一种理想的状态，即反应分子要完全断键需要的能量。AB＋C→[A…B…C]→A＋BC反应物

过渡态

产物但实际上活化能与远小于键能(为键能的30%左右)。过渡态理论认为真实的反应中，旧键没有完全断，新键没有完成形成的中间高能态，降低了所需要的的能量。2021年10月6日北京时间17时50分许，德国科学家本亚明·利斯特（BenjaminList)和美国科学家戴维麦克米伦(DavidMacMillan)，因“开发了不对称有机催化”获得2021年诺贝尔化学奖。闵恩泽德国的哈博，用铁作催化剂将大气中的氮和氢转化成氨，使农作物产量得到成倍的增长。德国的齐格勒和意大利的纳塔，发现烯烃聚合催化剂，使人类进入了高分子时代。美国孟山都公司用铑作催化剂，由甲醇合成醋酸获得成功，从而改变了过去依靠粮食制醋酸的历史。

…………中国“催化剂之父”石油化工催化专家，中国炼油催化应用科学的奠基人，中国绿色化学的开拓者。下列说法不正确的是A.增加反应物浓度可增大单位体积内分子总数，但活化分子百分数保持不变B.升高温度和使用催化剂都可以增大活化分子百分数，但单位体积内分子总数不变C.压缩容器的容积，增大压强，活化分子百分数增大，从而加快化学反应速率D.活化能接近0的反应，反应物接触瞬间完成，温度对其反应速率影响甚微C2.在体积可变的容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)，当增大压强使容器体积缩小时，化学反应速率加快，其主要原因是（

）

A.分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多B.反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多C.活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多D.分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞C3.反应A→C分两步进行：①A→B，②B→C。反应过程能量变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。①整个反应中AH=

；

②使用催化剂

影响该反应的反应热；③三种化合物中

最稳定；④在图上标出总反应的活化能。E1-E2+E3-E4不能C4.HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示，完成下列四问①该反应为

反应放热②产物的稳定性比较：P1

P2<③历程中最大正反应的活化能为

kJ/mol186.19④中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)

v(P2)＞5.请分析出下列各反应进程中的反应物、产物、中间体、催化剂反应物：只进不出产物：只出不进催化剂：先进后出中间体：先产生后消耗6.①增大反应物的浓度使反应速率加快的主要原因（）②对于气体参与体系增大压强使反应速率加快的主要原因是（）③升高温度使反应速率加快的主要原因是（）④使用催化剂使反应速率加快的主要原因是（）A.活化分子百分数不变，但提高单位体积内活化分子的总数B.增大分子的运动速率而使有效碰撞增加C.升高反应物分子的能量，使活化分子的百分数增加D.