2.1.2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

第二章 化学反应速率与化学平衡 化学反应速率 第一节 第2课时 活化能 2 mol H2和1 mol O2混合于一个洁净的容器内，已知常温常压下，每个氢分子和氧分子自身或它们之间每秒钟平均碰撞2.355×1010次，如果每一次碰撞都能够引发反应，试想会有什么样的现象？ 课堂引入 极短时间内 如果每一次碰撞都能引发反应， 整个容器中的氢气和氧气将在极短的时间内全部变成水。 然而事实并非如此，为什么呢？ 课堂引入 绝大多数的化学反应，并不是简单一步就完成的， 而是经过多个反应步骤。 化学反应是有历程的！ 要发生反应，对于碰撞也是有要求的。 4 【思考】 (1)有效碰撞？(2)活化分子？(3)活化能？ 阅读课本P27--28 ——活化能 一、有效碰撞理论 2HI==H2＋I2 ①2HI → H2＋2I· ② 2 I· → I2 1．基元反应和反应历程 自由基 带有单电子的原子或原子团 分两步 基元反应：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。 反应历程：这两个先后进行的基元反应反映了2HI==H2+ I2的反应历程。 反应历程又称反应机理。 一、有效碰撞理论 反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应。 假设反应：A2＋B=A2B是分两个基元步骤完成的 第一步 A2＋c→2A (慢反应) 第二步 2A+B→A2B+c (快反应) 总反应速率的快慢由 决定 慢反应 2．基元反应发生的条件 是什么启动了“基元反应” ？ ※ 先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 。 要发生反应，对于碰撞也是有要求的。 通常情况下，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的话，反应只需10-5 s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。 ——有效碰撞 一、有效碰撞理论 ※ 反应物分子必须具有一定的能量； ※ 碰撞时有合适的取向。 8 碰撞理论 碰撞时能量不足 碰撞时取向不合适 有效碰撞 HI分解反应中分子碰撞示意图 Administrator (A) - 所以反应热有的性质，他们都有， 类比：投篮 力度不够 投篮方向不对 力度足够， 合适的取向， 10 3.有效碰撞必须满足两个条件 ①反应物分子必须具有一定能量 ②碰撞时要有合适的取向 4.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 5.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 有效碰撞能使化学键断裂，从而发生化学反应 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 反应热 活化分子变成生成物分子放出的能量 活化能 反应热 = E1 - E2 正反应的活化能 可认为是逆反应的活化能 = Ea正反应活化能- Ea逆反应活化能 一、有效碰撞理论 一个反应要发生一般要经历哪些过程？ 普通 分子 活化能 活化 分子 合理 取向的 碰撞 有效 碰撞 新物质 能量 一、有效碰撞理论 活化能与化学反应速率 一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2) 基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越难，该基元反应的速率就越慢。 一个化学反应的速率取决于速率最慢的基元反应。 一个化学反应的速率取决于活化能最 的基元反应。 大 【思考交流】结合上述所学，尝试思考有效碰撞与反应速率的关系？ 如何用碰撞理论解释浓度、压强、温度及催化剂等因素对化学反应速率的影响呢? 改变条件 单位时间内、 单位体积内 有效碰撞次数越多 化学反应速率增大， 二、有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释 规律：其他条件不变时，反应物浓度增大，反应速率增大；反之则速率减小。 1、浓度 N总：10 N活：3 A%=30% N总：20 N活：6 A%=30% 增大浓度 单位体积内活化分子数增加 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 活化分子百分数 ? 活化分子百分数= 活化分子数 分子总数 ×100% 不变 化学反应，一定条件，反应物分子中活化分子的百分数是一定的，而单位体积内活化分子的数目与反应物分子的总数成正比，即与反应物的浓度成正比。 16 2、压强 增大压强 增大压强 浓度增大 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 单位体积内活化分子数增加 活化分子 百分数不变 3、温度 规律：其他条件不变时，升温，反应速率增大；反之则速率减小。 N总：10 A%=30% N活：3 N活：7 N总：10 A%=70% 温度升高 温度升高 活化分子 百分数提高 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 普通分子变为活化分子 单位体积内活化分子数增加 4、催化剂 能量 反应过程 生成物 反应物 反应热 E1 E2 活化分子 加了催化剂 没加催化剂 加入 催化剂 活化分子百分数提高 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 降低化学反应所需的活化能 单位体积内活化分子数增加 4、催化剂 加催化剂 加入 催化剂 活化分子百分数提高 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 降低化学反应所需的活化能 单位体积内活化分子数增加 课堂总结 增大反应物的浓度 单位体积内分子总数 活化分子百分数 单位体积内活化分子总数 单位体积内有效碰撞次数增加 增多 不变 增大压强 升高温度 单位体积内分子总数 活化分子百分数 不变 增大 增加 加催化剂 反应速率加快 课堂小结 注 意： 浓度、压强：不改变“活%”只改变N总 温度、催化剂才改变“活%” 三、补充分析 1、浓度 例1、 室温下,同种规格的铝片分别与下列物质混合生成H2的化学反应速率最大的是( ) A.0.1mol/L的盐酸15mL B.0.2mol/L的盐酸12mL C.0.15mol/L的硫酸10mL D.18mol/L的硫酸15mL C 注意： b、若随着浓度的改变，物质的本质发生了变化，那么反应速率的含义也不同了。如：硫酸与铁的反应 a、对于纯固体或液体的反应物，一般情况下其浓度是常数，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。 三、补充分析 1、浓度 应用2：如反应：3KSCN+FeCl3==Fe(SCN)3+3KCl 若在上述反应体系中加入KCl晶体，会不会影响化学反应速率？ 不会。因为反应实质为：Fe3++3SCN- = Fe(SCN)3 三、补充分析 练1：某反应过程中的能量变化如图所示，下列说法正确的是( ) A. 使用催化剂，可改变该反应的活化能 B. a反应过程有催化剂参与 C. 催化剂也可加快逆反应速率 D.该反应为放热反应，使用催化剂可降低反应热△H AC 友情提醒： 使用正催化剂同等程度的降低了正逆反应的活化能， 所以可以同等程度的增大正逆反应速率，从而缩短反应到达平衡所需时间。 使催化剂不改变反应热△H 下列有关活化分子的说法正确的是 (　 　) A．增大反应物浓度可以提高活化分子百分数 B．增大体系的压强一定能提高活化分子百分数 C．使用合适的催化剂可以增大活化分子的能量 D．升高温度能提高活化分子百分数 E. 升高温度时，不论正反应是吸热还是放热，正、逆反应的速率都增大 DE 随堂演练 练习2：反应2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)经历如下历程： 第一步 N2O5 ⇌ NO3＋NO2， 快速平衡； 第二步 NO2＋NO3→NO＋NO2＋O2，慢反应； 第三步 NO＋NO3→2NO2， 快反应。 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是（ ） A. v(第一步的逆反应) ＞v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应的活化能较高 AC NO 较低 活化能越低，反应速率越快。 【解析】第一步反应为可逆反应且快速平衡，而第二步反应为慢反应，所以v(第一步的逆反应)＞v(第二步反应)，A正确。B由第二步、第三步可知反应的中间产物还有NO，故B错误。C反应第二步为慢反应，故NO2与NO3的碰撞仅部分有效。故C正确。D第三步为快速反应，所以活化能较低。故D错误 27 3.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ① (填“<0、 =0或 >0”) <0 2 随堂演练 3.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ②决定反应速率步骤的化学方程式为： 。 随堂演练 3.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ④该反应的活化能E活= ③该历程中最大能垒E正= 总反应的活化能等于反应物的能量与具有最高能量过渡态的能量之差的绝对值。 1.86 ev 2.02 ev 简化后 随堂演练 30 [练后反思] 2. 当一个化学反应存在多个过渡态时，总反应的活化能等于反应物的能量与具有最高能量过渡态的能量之差的绝对值。 1. 化学反应的活化能越大，反应速率越慢。 3. 正反应最大的活化能对应的基元反应是反应的决速步骤。 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 P30 Lavf58.12.100 $$