2.1.3 活化能（优选课件）-【教学新思维】2024-2025学年高二化学同步讲透教材（人教版2019选择性必修1）

1889年，Arrhenius在1884年vant' Hoff提出的经验公式的基础上，综合考虑1850年Wilhelmy采用旋光度方法测量蔗糖水解动力学的结果，大胆提出了活化分子（activated molecule）和活化能（activation energy）的概念，并据此对vant' Hoff经验公式进行了理论解释和修正，建立了著名的Arrhenius经验公式。该公式对后来化学反应速率理论的建立起到了重要的奠基作用：双分子反应的简单碰撞理论（theory of simple collision for bimolecular reaction）就是在该公式指前因子和活化能概念的启发下建立。     另外，Arrhenius首创的活化能的概念，已经渗透到自然科学的各个领域、各个方面，即便对社会科学也有重要的借鉴和启发意义。 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。 如何从微观上我们解释外界条件因素对化学反应速率的影响呢？ 活化能 学习目标 活化能 01 02 03 基元反应与反应机理 碰撞理论 理论解释 反应分步进行——快反应、慢反应 自由基 有效碰撞 活化分子 活化能 单位体积活化百分数 01 反应物之间的反应是一步还是分几步进行？ 有刺激性臭味的无色气体；熔点-50.8℃，沸点－35.38℃，气体密度5.66g/L (0℃)。 300℃时明显分解为氢和碘，1000℃时分解率达33％。 资料在线 碘化氢 2HI H2＋I2 300℃ 资料在线 碘化氢 2HI＝H2＋I2 2HI→H2＋2I· 第一步： 第二步： 2I·→I2 基元反应 自由基 带有单电子的原子或原子团 反应历程(反应机理） 基元反应发生的先决条件 互相接触发生碰撞 反应活性很强 存在未成对电子 寿命极短！ 反应物的分子必须____________________ 基元反应与反应历程 1 分子经一次碰撞后，在一次化学行为中就能完成反应，这种反应成为基元反应。 基元反应 反应历程 化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应， 反应历程又称反应机理。 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 感受﹒ 理解 反应不同，反应历程也不相同 同一反应，在不同条件下，反应历程也可能不同 反应历程的差别造成了化学反应速率的不同 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 02 什么样的分子碰撞能发生反应？ 资料在线 物质 条件 碰撞次数 H2、O2 常温、常压 2.35×1010 次/秒 任何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、每秒内反应物分子的可发生约1028次碰撞。 但从测定其反应速率知道，在1028次碰撞其中发生反应的碰撞只有1015 次，可见，差不多在1013次碰撞中仅有一次发生反应。 资料在线 这说明并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。 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 这是为什么？ 感受﹒ 理解 化学反应发生的条件 那么有效碰撞应该满足哪些条件呢？ 先决条件 反应物分子相互接触发生碰撞 充要条件 反应物分子之间发生有效碰撞 教材P27~P29的相关内容，能用碰撞理论简单解释浓度、压强、温度对反应速率的影响，用过渡态理论简单解释使用催化剂加快化学反应速率的原因。 [碰撞理论] [过渡态理论] ①什么样的碰撞才能使反应发生？ ②能发生上述碰撞的叫什么分子？ ③如何用碰撞理论简单解释浓度、压强、温度对反应速率的影响？ ①活化能越低，反应速率越_____ ②催化剂是通过_______反应的活化能来增大反应速率的 自主学习 碰撞理论 资料在线 1918年，路易斯提出了反应速率的碰撞理论，该理论认为，反应物分子间碰撞是反应进行的先决条件，反应物分子碰撞的频率越高，反应速率越大。 分子有足够的能量 有合适的取向 有效碰撞 相互碰撞 活化分子 分子运动 用碰撞理论简单解释浓度、压强、温度对反应速率的影响。 有效碰撞 ①什么样的碰撞才能使反应发生？ 活化分子 ②能发生上述碰撞的是什么分子？ 问题探究 2HI＝H2＋I2 HI分子间要发生反应的先决条件是 HI分子间必须要发生相互碰撞 什么样的HI分子能发生碰撞 具有足够的能量 感受﹒ 理解 HI分子发生碰撞，一定能发生反应吗？ 感受﹒ 理解 具有足够的能量 取向合适 碰撞时发生了化学反应 有效碰撞 感受﹒ 理解 碰撞理论 2 有效碰撞 概念： 能发生反应的碰撞 条件： 发生碰撞的分子具有足够高的能量 分子在一定的方向上发生碰撞 1918年，Lewis提出反应速率的碰撞理论 吉尔伯特·牛顿·路易斯 感受﹒ 理解 具有较高能量 能发生有效碰撞的分子 活化分子 有效碰撞 概念： 能发生反应的碰撞 条件： 发生碰撞的分子具有足够高的能量 分子在一定的方向上发生碰撞 活化分子 化学反应中，能量较高、且能发生有效碰撞的分子 碰撞理论 2 活化分子百分数 ×100% 反应物分子总数 ＝ 活化分子数 HI HI 能量（活化能） 普通分子 活化分子 有效碰撞的过程图 分子吸收足够的能量，变为能发生化学反应的活化分子 感受﹒ 理解 I2 H2 发生碰撞的分子有合适的取向 感受﹒ 理解 有效碰撞的过程图 　　HI分解反应中HI分子之间的几种碰撞示意图，其中属于有效碰撞的是______。 你学会了吗？ 过渡态理论 　20世纪30年代，Eyring和Pelzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论： 化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中，经过一个高能量的过渡态。 能量 反应过程 反应物 生成物 ΔH 活化分子 活化能 活化分子高出 普通反应物分子平均能量的部分 有效碰撞 概念： 能发生反应的碰撞 条件： 发生碰撞的分子具有足够高的能量 分子在一定的方向上发生碰撞 活化分子 化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子 活化能 活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差 碰撞理论 2 过渡态理论 能量 反应过程 反应物 生成物 ΔH 活化分子 Ea1 Ea2 ΔH ＝ Ea1 － Ea2 感受﹒ 理解 活化分子每次碰撞都是有效碰撞吗？ 问题探究 比如：NO2 + CO=NO+CO2 这个反应其实就是氧原子转移 活化分子碰撞时必须具有合适的取向 普通分子 吸收能量 一个反应的经历过程 活化分子 有效碰撞 发生反应 取向合适 发生有效碰撞的分子一定是活化分子， 但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞。 新物质 能量 单位体积活化分子数越多，有效碰撞次数越多 单位时间内有效碰撞次数越多，化学反应速率越快。 03 碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响 浓度对反应速率的影响 活化分子 普通分子 增大浓度 反应物浓度增大，单位体积内活化分子增多 有效碰撞的频率增加，化学反应速率增大 理论解释 3 浓度 增加反应物的浓度，___________________________数目增多，___________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 单位体积内反应物的活化分子 压强对反应速率的影响 根据浓度对反应速率的影响推出压强对反应速率的影响规律 增大压强 压强对反应速率的影响 根据浓度对反应速率的影响推出压强对反应速率的影响规律 增大压强 压强增大，单位体积内活化分子增多 有效碰撞的频率增加，化学反应速率增大 压强对反应速率的影响 根据浓度对反应速率的影响推出压强对反应速率的影响规律 增大压强 压强增大，单位体积内活化分子增多 有效碰撞的频率增加，化学反应速率增大 理论解释 3 浓度 增加反应物的浓度，___________________________数目增多，___________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 单位体积内反应物的活化分子 压强 增大压强，相当于增大_____________________________，_________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 单位体积内反应物的活化分子数 恒温、恒压时，充入惰性气体 保持压强不变 体积增大 浓度减小 反应速率减慢 压强不变 充惰性气体 恒温、恒容时，充入惰性气体 体积不变 浓度不变 反应速率不变 体积不变 充惰性气体 温度对反应速率的影响 升高温度 温度升高，部分非活化分子吸收能量转化为活化分子 使得活化分子百分数提高，有效碰撞的频率增加，化学反应速率增大 理论解释 3 浓度 增加反应物的浓度，___________________________数目增多，___________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 单位体积内反应物的活化分子 压强 增大压强，相当于增大____________________________，_________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 单位体积内反应物的活化分子数 温度 升高温度，_______________________增多，_________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 反应物的活化分子百分数 催化剂对反应速率的影响 ①活化能越低，反应速率越大 ②催化剂是通过降低反应的活化能来增大反应速率 能量 反应过程 反应物 生成物 无催化剂 Ea1 有催化剂 Ea2 Ea2＜Ea1 使用催化剂，降低了活化能 活化分子百分数增大，反应速率加快 理论解释 3 浓度 压强 温度 催化剂 使用催化剂，_______________________增多，_________次数增多，反应速率增大。 有效碰撞 反应物的活化分子百分数 1 .催化剂可以改变反应历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的热效应。 2. 催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应方向 3. 同一催化剂能同等程度地改变化学反应的正、逆反应速率。 催化剂的特性 温馨提醒 催化剂具有选择性， 不同反应有不同的催化剂 01 可逆反应中催化剂对正、逆反应的速率改变程度相同 02 催化剂有一定的活化温度，不同催化剂的活化温度不同 03 使用催化剂K 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。 Ea1>Ea2，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。 反应A+B=AB的活化能为Ea 第一步：A+K=AK， 活化能为Eal 第二步：AK+B=AB+K 活化能为Ea2 未使用催化剂 感受﹒ 理解 与化学反应速率相关的诺贝尔化学奖 1909年　　W. 奥斯特瓦尔德（德国人） 从事催化作用、化学平衡以及反应速度的研究 1929年　　A. 哈登（英国人）、冯·奥伊勒 – 歇尔平（瑞典人） 阐明了糖发酵过程和酶的作用 1963年　　K. 齐格勒（德国人）、G. 纳塔（意大利人） 发现了利用新型催化剂进行聚合的方法，并从事这方面的基础研究 1967年　R.G.W.诺里会、 G. 波特（英国人）、M. 艾根（德国人） 发明了测定快速化学反应的技术 1999年 A. 兹韦勒美籍埃及人 利用激光闪烁研究化学反应（飞秒化学） 2001年　威廉·诺尔斯、巴里·夏普莱斯(美国人) 、 野依良治(日本人) 在“手性催化氢化反应”领域取得成就 化学趣史 这节课我学到了什么？ （用一句话表示） 还有什么疑问？ 课堂小结 课堂小结 碰撞理论 N(活)% 不变 增大浓度 增加压强 N(活)% 增大 升高温度 用催化剂 N(活) V 单位体积内 有效碰撞增多 化学反应速率加快 活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 规律总结 条件变化 活化分子 百分数 单位体积内 单位时间内有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 浓度增大 压强增大 温度升高 催化剂使用 外界条件对反应速率的影响及本质 下列说法错误的是 ①碰撞理论认为，反应物分子间进行碰撞才可能发生化学反应 ②活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 ③催化剂加快反应速率的本质是降低了反应的活化能 ④只有增加活化分子的百分含量才能加快反应速率 ⑤对于基元反应而言，温度升高，反应速率一定增加 A．①④ B．②④ C．③⑤ D．②⑤ 考考你自己 已知H2O2分解反应为：2H2O2=2H2O+O2 ΔH<0。 在含少量I-的溶液中，H2O2的分解机理为： ① H2O2＋ I- = H2O ＋IO- ΔH>0 慢 ② ΔH<0 快 H2O2+IO- =H2O+O2+ I- 思考与交流 （1）此过程机理中 催化剂， 中间产物。 （2）I-的浓度能否影响反应速率？ I- IO- 可以 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。 资料卡片 考考你自己 下列说法不正确的是 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很小 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 考考你自己 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$