2.1.3 活化能 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第一节 化学反应速率 第二章 化学反应速率与化学平衡 三、活化能 吃吃喝喝，星辰大海 1 一、有效碰撞理论 大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。 其中每一步反应都称为基元反应(反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物的反应)。 如2HI==H2＋I2的2个基元反应为 、 。 2HI―→H2＋2I· 2I·―→I2 1.基元反应 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 。 2.反应机理 反应机理 一、有效碰撞理论 反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次碰撞都能发生化学反应。 3.基元反应发生的先决条件 以气体的反应为例，任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。当气体的浓度为1 mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子的碰撞可达到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，反应只需10-5s就可以完成。换言之，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。这说明并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。 课本27页最后一段 能量不够 取向不好 足够的能量和合适的取向 有效碰撞理论 越快 4.有效碰撞 一、有效碰撞理论 (1)活化分子：能够发生 的分子。 　对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百　 　分数是 　　的。 (2)活化能：活化分子具有的 　 与反应物分子具有的平均能量 　之差，叫做反应的活化能。 有效碰撞 一定 平均能量 5.活化能和活化分子 6.反应物、生成物的能量与活化能的关系图 活化能 放出的能量 逆反应 反应热 反应热 一、有效碰撞理论 7.基元反应发生经历的过程 一、有效碰撞理论 例题1 应用体验 下列说法错误的是 ①当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应 ②发生有效碰撞的分子一定是活化分子 ③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 ④活化分子间每次碰撞都发生化学反应 ⑤能发生有效碰撞的分子必须具有足够高的能量 A.①④ B.③④ C.④⑤ D.②⑤ √ 二、有效碰撞理论影响化学反应速率因素的解释 反应物浓度增大→单位体积内分子总数 　 →单位体积内活化分子 数 　 →单位时间内有效碰撞的次数 　 →化学反应速率 　 ；反之，化学反应速率 　 。 增多 增加 增大 减小 1.浓度 活化分子数＝单位体积内分子总数×活化分子的百分数 增加 增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内分子总数 →单位体积内活化分子数 　 →单位时间内有效碰撞的次数 　　 　　→化学反应速率 ；反之，化学反应速率 。 增多 增加 增大 减小 2.压强 增加 压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。 3.温度 升高温度→活化分子的百分数 　 →单位体积内活化分子 数 　 →单位时间内有效碰撞的次数 　 →化学反应速率 　 ；反之，化学反应速率 　 。 增大 增加 增大 减小 增加 【原因】温度升高 （1）分子获得能量，活化分子百分数提高； （2）分子热运动加快，碰撞频率提高。 规律:大量实验证明，温度每升高10℃，化学反应速率通常增 大为原来的２~４倍。 13 使用催化剂→反应的活化能 →活化分子的百分数 →单位体积内活化分子数 　 →单位时间内有效碰撞的次数 　 →化学反应速率 　 。 降低 增大 增加 4.催化剂 增加 增大 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 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.活化能接近于零的反应，当反应物 相互接触时，反应瞬间完成，而且 温度对其反应速率几乎没有影响 D.图甲中所示反应为放热反应 例题2 √ 4.催化剂 [知识拓展]催化反应一般过程(简化的过程) ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面(放热)； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。(吸热) 二、有效碰撞理论影响化学反应速率因素的解释 氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。 下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是 A.④③①② B.③④①② C.③④②① D.④③②① √ 例题3 跟踪训练 解析　物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都是由两个原子构成，它们在固体催化剂的表面会分解成单个的原子，原子再组合成新的氨分子。 【思考】：为什么使用催化剂会降低反应的活化能？ 催化剂的催化机理：每一个基元反应都经历一个过渡态，当催化剂参与化学反应时，改变了反应历程(反应途径)，产生新的过渡态，生成能量更低的中间产物，降低了反应达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率增大。 E1 E E2 注意:使用催化剂，不会改变化学反应的反应热△H。 活化能是过渡态的平均能量与反应物分子的平均能量之差。 过渡态理论 过渡态理论认为由反应物分子变成生成物分子,中间一定要经过 一个能量较高的过渡态,形成这个过渡态必须吸收一定的能量，这 个过渡态也称为活化络合物（用M表示），所以又称为活化络合 物理论。 ⇌ 小结 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 活化分子数 活化分子百分数 增大反应物 浓度 增大压强 升高温度 加催化剂 增加 增加 不变 增加 加快 增加 增加 不变 增加 加快 不变 增加 增加 增加 加快 不变 增加 增加 增加 加快 （1）浓度； （2）温度； （3）压强； （4）催化剂； （5）光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。 影响化学反应速率的因素： 总之，向反应体系输入能量,都有可能改变化学反应速率。 例题4 正误判断 (1)活化能大的反应一定是吸热反应(　　) (2)发生有效碰撞的分子一定是活化分子(　　) (3)有效碰撞次数多，反应速率快(　　) (4)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化(　　) (5)只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞(　　) × √ × × × 反应A→C分两步进行：①A→B， ②B→C。反应过程的能量变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。按要求回答下列问题： (1)整个反应中ΔH＝____________________。 例题5 深度思考 (2)使用催化剂______(填“能”或“不能”)影响该反应的反应热。 (3)三种化合物中_____最稳定。 ΔH＝E1－E2＋E3－E4 不能 C 已知反应：2NO(g)＋Br2(g)　　2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下： ①NO(g)＋Br2(g)　　NOBr2(g)　快 ②NO(g)＋NOBr2(g)　　2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是 A.该反应的速率主要取决于①的快慢 B.NOBr2是该反应的催化剂 C.正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 D.增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 √ 例题6 解析　反应速率主要取决于慢反应，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误； NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误； 由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1，故C正确； 增大Br2(g)的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故D错误。 例题7 “线性”反应历程图 研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为：①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是 A.反应①是氧化还原反应，反 应②是非氧化还原反应 B.两步反应均为放热反应，总 反应的化学反应速率由反应 ②决定 C.Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物 D.若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O √ 解析　反应②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A项错误； 总反应速率由反应慢的一步决定，即由反应①决定，故B项错误； Fe＋作催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物，故C项正确； 气体存在的条件未知，不能确定气体的体积，故D项错误。 例题8 变式 热催化合成氨面临的两难问题是：釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti－H－Fe双温区催化剂(Ti－H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti－H－Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是 A.①为氮氮三键的断裂过程 B.①②③在低温区发生 C.④为N原子由Fe区域向Ti－H区 域的传递过程 D.使用Ti－H－Fe双温区催化剂使 合成氨反应转变为吸热反应 √ 解析　经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，A错误； ①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温时进行，B错误； 由题中图示可知，过程④完成了Ti－H－Fe－*N 到Ti－H－*N－Fe的转化，N原子由Fe区域向Ti－H区域传递，C正确； 化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，D错误。 例题9 “环式”反应历程图 我国科研人员提出了以Ni/Al2O3为催化剂，由CO2和H2转化为产品CH4的反应历程，其示意图如下： 下列说法不正确的是 A.总反应方程式为：CO2＋4H2　　CH4＋2H2O B.催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 C.在反应历程中，H—H与C==O断裂吸收能量 D.反应过程中，催化剂参与反应，改变反应路径，降低反应的活化能 √ 解析　由图可知CO2和H2转化为产品CH4，还生成水，则A项正确； 催化剂对平衡移动无影响，则使用催化剂时转化率不变，B项错误； H—H与C==O断裂吸收能量，C项正确； 该过程中催化剂参与反应，改变反应路径，降低反应的活化能，D项正确。 √ 例题10 变式 【规律总结】 ※资料 k：速率常数，与反应本性、温度有关；与浓度无关。 aA + bB == mM + nN 对于基元反应： 阿仑尼乌斯方程 v 与反应物的浓度有关 与反应的活化能有关 与反应的温度有关 对于复杂反应或总反应，反应速率只能通过实验测定， 　反应的快慢由活化能最大、反应最慢的基元反应（决速步）决定。 k 综合考虑温度、催化剂 对化学反应的影响     $$