2025届高三化学一轮复习 -以“变量思想在阿伦尼乌斯公式中的应用” 课件

瑞典物理化学家 猜一猜这位诺贝尔奖获得者的名字？ 阿伦尼乌斯 1859年 以《电解质的导电性研究》《电解质的化学理论》论文申请博士 生于瑞典 1884年 博士毕业论文与法拉第电离理论冲突答辩委员会不支持研究成果 1885年 德国物理化学 家奥斯特瓦尔 实验室工作 1903 因建立电离学说 获得诺贝尔化学奖 作为新时代的你们，要从理性的高度大胆挑战权威。之后作为权威，我们亦要从理性的角度接受新人。本节课，我们共同努力，提出新的速率方程，致谢前辈！ BOPPPS模型在化学核心概念建构教学中的实践 山东省五莲县第一中学 刘兆月 变量思想在阿伦尼乌斯公式中的应用 学 习 目 标 1.从定量的角度理解温度、催化剂、浓度对反应速率的影响 2.通过阿伦尼乌斯公式、速率方程等体会变量思想在解决复杂问题中的应用 3.体验数学作为工具在解决化学问题时带来的乐趣 4.通过对系列问题的深度思考，发展学生高阶思维能力和证据推理学科素养 [探讨]鲁科版化学反应原理教材P70页：温度会影响反应速率常数，从而影响反应速率。 （1）哪个公式能定量表达温度和反应速率常数两者的定量关系？ k＝Ae Ea＞0,温度升高，速率常数k _______（填“增大”或“减小”）。 k为反应速率常数，A为指前因子，也叫碰撞频率因子，e为自然对数的底，Ea为反应活化能，R为摩尔气体常量，一般取值8.314J·mol-1·k-1。 增大 阿伦尼乌斯公式 阿伦尼乌斯公式 | 温度 Ea＜0,温度升高，速率常数k _______（填“增大”或“减小”）。 减小 Ea＜0，从催化剂的角度分析可能的原因？ 温度升高催化剂失去活性，使反应速率下降。 lnk＝lnA－ lnk I II 1.曲线斜率代表的含义________ 2.活化能大的是曲线_____。 I 大 k＝Ae 3.升高温度，对活化能_____(填“大”或 “小”)更有利。 [评价1]反应CO2(g)+2CH3OH(g) CH3OCOOCH3 (g) + H2O(g)，以lnk为纵坐标， 以 为横坐标，画出如下图像： 反思：温度变化较大时，活化能变化可以忽略吗？ 阿伦尼乌斯公式 | 温度 小 k＝Ae （2）统计力学认为：活化分子的平均能量与全部反应物分子平均能量之差称为活 化能。温度升高，反应物分子平均能量增大而活化分子的平均能量不变，则 活化能变___（填“大”或“小”）。 （3）阿伦尼乌斯公式是完美的吗？ k＝ATm e 温度范围适当放宽或对于较复杂的反应，Ea与温度有关。 阿伦尼乌斯公式 | 活化能 引入一个 变量。 与温度和活化能有关联的 阿伦尼乌斯公式中A为碰撞频率因子，它与碰撞频率以及有利于化学反应的碰撞几率有关。催化剂在催化反应中起双重作用：一是降低活化能，使反应容易进行。二是减少碰撞次数使反应速率减慢。 k＝Ae （4）降低活化能的物质一定能加快反应速率吗？ 不一定。两个变量，活化能降低和碰撞数减少，主变量起决定作用。 阿伦尼乌斯公式 | 活化能 （5）若催化剂在可逆反应中也起双重作用，如乙酸乙酯制备实验中浓硫酸作催化剂和吸水剂，浓硫酸能提高反应的转化率吗？ CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOC2H5+H2O 浓硫酸 加热 吸水之后，反应正向移动，提高反应的转化率。 [评价2]催化剂ILS可使CH3OH和CO2直接合成CH3OCOOCH3(g) (DMC) ，发生反应CO2(g)+2CH3OH(g) CH3OCOOCH3 (g) + H2O(g)，提高CO2转化率，反应机理如下 图所示： 催化循环 脱水循环 （1）催化剂ILS是________。（填A或B） （2）结合反应机理分析提高CO2转化率的原因 。 脱水循环过程将产物水脱离反应 体系，促使平衡正向移动，提高转化率 迁移应用 ① ② A B B k＝Ae （6）阿伦尼乌斯公式中A为碰撞频率因子，催化剂参与的反应会使碰撞次数减少，理论值仅为非催化反应的10－12。根据阿伦尼乌斯公式计算理论活化能（J·mol-1）至少降低多少才能起到催化作用？（R=8.314J·mol-1·k-1，T=300K，ln10=2.3） =-12ln10 =10-12 E非－Ｅ催＝（8.314×300×12×2.3）kJ·mol-1＝68839.92J·mol-1 阿伦尼乌斯公式 | 活化能 活化能可以降低几万焦耳，但温度不可能 上万度提高。温度高，耗能大，成本高。 k＝Ae （7）催化剂降低活化能68839.92J·mol-1可以增大反应速率常数，由阿伦尼乌斯公式 可知：升高同样的温度也可达到同样的效果，为什么工业生产中更重视催化剂 对速率的影响？ 阿伦尼乌斯公式 | 活化能与温度 k＝Ae （8）阿伦尼乌斯公式中为什么没有浓度这个物理量？ 速率常数k与温度、催化剂、固体表面性质有关，与浓度无关。 （9）哪个方程能表达浓度与速率间的定量关系？ 速率方程 阿伦尼乌斯公式 | 速率方程 （10）当速率方程中m和n满足什么关系，速率与浓度没有关系？ m=n=0，零级反应。 某些表面催化反应，例如氨在金属钨表面上的分解反应，其分解速率在一定条件下与氨的浓度无关就属于零级反应。 已知：反应a A(g) + b B(g) → g G(g) + h H(g)的速率方程可以表示为： 若为基元反应，则速率方程可表示为： ，其中m为物质A 的反应级数，n为物质B的反应级数，m+n=总反应级数 3。 v=k·c(A)m·c(B)n v=k·c(A)a·c(B)b ≤ 当m=0，n=1，曲线是___次函数，图像是________；当m=0，n=2，曲线是___次函数，图像是__________。 一 直线 二 抛物线 迁移应用 （1）m=__， n=__，该反应的总反应级数为_____。 （2）p(CO2)分压升高到约25KPa后，对速率几乎无影响，可能的原因？ [评价3]CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)的化学反应速率v=k·p(CH4)m·p(CO2)n，k为速率常数。1123K和1173K时，分别保持p(CO2)或p(CH4)不变，测得速率v与p(CH4)、p(CO2)的关系如图所示： 1 1 压强变大，分子间距离变小，分子间作用力增大，气体变为液体。 一次函数图像 一次函数图像 信息：每种物质都有一个特定的温度,在这个温度以上,无论怎样增大压强,气态物质不会液化，这就是临界温度。CO2的临界温度为31.2℃左右，CO和H2的临界温度分别为-140.2℃、-239.97℃。 2 催化剂 催化剂活性中心吸附的CO2分子数达到饱和。 Ae v= ·c(A)m·c(B)n 反应a A + b B → g G + h H （11）如何将阿伦尼乌斯公式和速率方程结合，创造出一个新的速率方程？ k＝Ae v=k·c(A)m·c(B)n 阿伦尼乌斯公式 | 新速率方程 （12）结合新速率方程分析，当温度升高，浓度下降，反应速率变大、变小 还是无法确定，判断的依据是？ 两个变量，主要变量起决定性作用。 NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行， Ⅰ: 2NO(g)N2O2(g) 快反应 ΔH1<0 Ⅱ: N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) 慢反应 ΔH2<0 在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它 条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO) 随t(时间)的变化曲线如图。 [评价4]研究NOx之间的转化具有重要意义。 慢 素 养 提 升 1.温度高，NO转化速度变____(填“快”“慢”)。 2.温度升高，反应Ⅰ、II平衡____向移动(填“正”“逆”)，I中c(N2O2)减小的速率____(填“大”“小”)于II中c(N2O2)生成的速率。浓度降低的影响____(填“大”“小”)于温度对反应Ⅱ速率的影响。 大 逆 大 感悟|收获 概况总结|变量思想 变量意识 寻找变量 单一变量 多个变量 主变量（决定） 次变量 典型事实 认知冲突 学习过程中由于未知变量的存在，常导致已知结论与原有认知冲突，请以案例报告的形式呈现：问题、困惑、解决方案、总结原因。 成果应用 祝同学们春风得意 马到成功 $$