第一节 第3课时 活化能（课件）-2024-2025学年高二化学同步教学课件+讲义（人教版2019选择性必修1）

第3课时 活化能 第一节 化学反应速率 第二章 化学反应速率与化学平衡 人教版（2019）高中化学选择性必修1 学习目标 1.通过对化学反应历程的认知，认识基元反应、活化能对化学反应速率的影响。 2.能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。 新课导入 通过之前所学知识，我们知道，不同化学反应速率不同，浓度、温度、压强、催化剂也会影响化学反应速率。这些从宏观上都已得到证实。 从微观上我们怎么解释这些因素对反应速率的影响呢？ 绝大多数的化学反应，并不是简单一步(一蹴而就)就完成的，化学反应是有历程的。 教学过程 分步进行，反应时间较长 为什么说化学反应是有历程？ 教学过程 一、基元反应和反应历程 研究发现，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 第一步： 2HI → 2I• + H2 第二步： 2I• → I2 微粒I·存在未成对电子，它称为自由基，自由基的反应活性很强，寿命极短。 资料卡片 例：2HI = H2 + I2 教学过程 指大多数的化学反应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。 基元反应的总和称为总反应。 1、基元反应 指先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。（化学反应速率与反应历程密切相关。） 2、反应历程 过渡态 终态 始态 反应的过程 过渡态：基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态 AB＋C→[A…B…C]→A＋BC 反应物　 过渡态　　 产物 教学过程 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。 A＋B=C是分两个基元步骤完成的 第一步 A＋d→2A 第二步 2A+B→C+d 课堂练习 A．反应过程可表示为 B．E1为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能 C．正反应的热效应为ΔH=E1−E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应 D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应 1、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　) D 课堂练习 2、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－1 21.5 +7.5 教学过程 化学反应发生的先决条件：反应物的分子必须___________ 发生碰撞 反应分子的每一次碰撞都能发生化学反应吗？ 阅读(p27)：气体分子的碰撞频率：任何气体中分子间的碰撞次数都是巨大的。气体的浓度为1 mol/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，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。 化学反应发生的充要条件：反应物的分子必须_______________ 发生有效碰撞 教学过程 思考：有效碰撞应该满足哪些条件呢？ 没 足 够 的 能 量 没 合 适 的 取 向 足够的能量 合适的取向 教学过程 ① 反应物分子必须具有一定的能量； ② 碰撞时有合适的取向。 1、有效碰撞: 能够发生化学反应的碰撞。 条件: 先认识下普通分子与活化分子。 HI HI 能量（活化能） 普通分子 活化分子 二、有效碰撞理论 教学过程 1.发生有效碰撞的分子一定是活化分子； 2.活化分子的碰撞不一定是有效碰撞；（由于取向问题） 3.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。 注意！ 2.活化分子： 具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子。 活化分子百分数 = ×100% 活化分子数 反应物分子总数 教学过程 4.反应物分子中活化分子的百分数越大、单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。 3.活化能 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E1。 普通分子 （能量低） 活化分子（能量高） 如左图所示： E1表示反应的 ； E2表示活化分子变成生成物 分子 ； 若为可逆反应，E2也表示逆反应的活化能 E1－E2表示 。 活化能 放出的能量 反应热(即ΔH) 教学过程 教学过程 活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子，反应条件越简单。活化能高，反应难；活化能低，反应易。 常见反应的反应条件与活化能的关系？ 图（a）：是一个放热反应，并且活化能Ea极小，几乎为0，这样的反应在室温下相遇就能迅速发生。如:H2+F2=2HF, H++OH— =H2O的反应等。 图（b）：是一个放热反应，室温条件并足以克服活化能对反应的阻碍，需要一个推动力才能发生，不过活化能Ea小于该反应放出的热量，因此反应一旦启动其自身的热效应就足以供给后续反应的进行，不需要外界持续提供能量，常见的反应有： 2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g), H2＋Cl2=2HCl等。 课堂小结 图（c）：是一个放热反应，但是该反应活化能Ea大于该反应放出的热量，因此反应启动后，仍需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如铜和浓硫酸的反应、H2＋I2=2HI等。 图（d）：是一个吸热反应，需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如碳酸钙的分解,水的电解等。 教学过程 思考：反应进程图中，物质的能量、键能、活化能的关系？ 以反应： 为例，顶点NN-O-NO是反应物向生成物转变的过渡态 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量 ΔH=反应物的总健能-生成物的总键能 ΔH=反应物的活化能―生成物的活化能 教学过程 思考与讨论 请尝试用碰撞理论解释： （1）当其他条件相同时，为什么增大反应物浓度会使反应速率增大，而降低反应物的浓度会使化学反应速率减小？ （2）当其他条件相同时，为什么升高温度会使化学反应速率增大，而降低温度会使化学反应速率减小？ （3）当其他条件相同时，为什么加入正催化剂会使化学反应速率增大？ 教学过程 三、微观角度解释各因素对速率的影响 理论模型： 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 化学反应速率的快慢 决定 决定 决定 决定 内 因 外 因 教学过程 1、浓度对化学反应速率的影响 当其他条件相同时，为什么增大反应物的浓度会使化学反应速率增大，而降低反应物的浓度会使化学反应速率减小? 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子百分数:30% 分子总数:20 活化分子数:6 活化分子百分数:30% 增加浓度 结论：增加反应物浓度→单位体积内活化分子数______ ，活化分子百分数______→有效碰撞次数______→反应速率_______ 增加 不变 加快 增多 教学过程 2.温度对化学反应速率的影响 当其他条件相同时，为什么升高温度会使化学反应速率增大，而降低温度会使化学反应速率减小? 升高温度 小结： 升高温度→单位体积内活化分子数______ ，活化分子百分数______→有效碰撞次数______→反应速率_______ 增加 增大 加快 增多 教学过程 3.压强对化学反应速率的影响 对气体来说，若其他条件不变，增大压强，就是增加反应物各气体物质的浓度。 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% 增加压强 小结： 压强增大，气体体积减小，反应物浓度_____ →单位体积内活化分子数______ ，活化分子百分数______→有效碰撞次数______→反应速率_______ 增多 加快 增大 不变 增加 教学过程 几种特殊情况 （1）恒温恒容通入少量惰性气体反应速率如何变化？ 充入Ar 小结： 压强增大，气体体积 ，反应物浓度_____ →单位体积内活化分子数______ →有效碰撞次数______→反应速率_______ 不变 不变 不变 不变 不变 教学过程 （2）恒温恒压通入少量惰性气体反应速率如何变化？ 充入Ar 小结： 压强增大，气体体积 ，反应物浓度_____ →单位体积内活化分子数______ →有效碰撞次数______→反应速率_______ 减少 减少 减少 减小 增大 教学过程 4.催化剂对化学反应速率的影响 （1）催化剂：参与化学反应，改变反应途径但反应前后质量和化学性质不变的物质 （2）催化剂改变反应历程，降低化学反应的活化能，从而改变化学反应速率，但不能改变反应热的大小。 课堂小结 加入催化剂 小结：催化剂→降低反应的活化能→单位体积内活化分子数______ ，活化分子百分数______→有效碰撞次数______→反应速率_______ 增大 增多 增加 加快 教学过程 教学过程 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。 课堂延伸 飞秒化学 飞秒化学是物理化学的一支，研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒(fs， 1 fs=10-15 s) 。在这个极小的时间段里，产生的飞秒激光可以用于检测分子、原子、离子的结构、组成、运动等形成飞秒检测范畴。 始态、过渡态、终态 飞秒激光器 冲刺时间分辨技术 课堂练习 1、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　 课堂练习 2、下列说法正确的是(　) ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 ②普通分子有时也能发生有效碰撞 ③升高温度会加快反应速率，原因是增加了活化分子的有效碰撞次数 ④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多 ⑤使用催化剂能提高反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大 ⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 A．①②⑤　 B．③④⑥ C．③④⑤⑥　 D．②③④ B　 教学过程 注意： ①在反应历程中，能峰数=反应步数 ②反应活化能越低，反应速率越快。E1 ＞E2 ，则v1＜v2。 ③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。（决速步骤：第一步）。v总≈v1 A＋B=C ΔH＜0 是分两个基元步骤完成的 ① A＋d→2A ΔH＞0 活化能E1 ② 2A+B→C+d ΔH＜0 活化能E2 课堂练习 教学过程 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 教学过程 AC 谢谢观看！