2.1.3活化能 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第一节 化学反应速率 第3课时 活化能 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 问题导入 如何从微观角度解释外界条件对化学反应速率的影响？ 浓度、温度、压强、催化剂都会影响化学反应速率，这些从宏观上都已得到证实。 请仔细阅读教材27页，思考以下问题： 1、什么是基元反应、反应机理？ 2、基元反应发生的先决条件是什么？ 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。 一、基元反应和反应历程 1、基元反应： 每一步反应都称为基元反应。 反应历程 或反应机理 ① 2HI → H2 + 2I∙ ② 2I∙ → I2 2HI=H2+I2 基元反应 基元反应 总反应 自由基：带有单电子的原子或原子团 碘自由基 2、反应历程（反应机理）： 多步基元反应反映了反应历程。 注意：一个化学反应的速率取决于速率最慢的基元反应 微粒I·存在未成对电子，它称为自由基， 一、基元反应和反应历程 3、基元反应发生的先决条件 思考1：反应分子的每一次碰撞都能发生化学反应吗？ 阅读(课本27页)：任何气体中分子间的碰撞次数都是巨大的。当气体的浓度为1mol/ 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。 反应物的分子必须___________ 发生碰撞 并不是反应物的分子的每一次碰撞都能发生化学反应。 分子无规则高速运动 彼此碰撞（每秒约1028次） 有效碰撞 发生反应 无效碰撞 不发生反应 1、碰撞是发生反应的先决条件 2、并不是每一次碰撞都能发生反应 3、能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞 1、有效碰撞：能够引起分子间发生化学反应的碰撞。 2、有效碰撞与反应速率关系：碰撞的频率越高，反应速率越快。 二、有效碰撞理论 二、有效碰撞理论 思考2：为什么有的碰撞可以引发反应，而有的碰撞却不能？ 力量不够 取向不对 好球！有效碰撞 类比投蓝进球 二、有效碰撞理论 课本P28 图：HI的分解中分子碰撞示意图 HI HI HI HI HI HI HI HI H2 I2 HI HI 能量不足， 碰撞无法发生反应 取向不对， 碰撞无法发生反应 有效碰撞，发生反应 二、有效碰撞理论 3、发生有效碰撞的条件： 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。 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 活化分子：具有足够的能量，能够发生有效碰撞的分子。 二、有效碰撞理论 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。 注意！ （由于取向问题） 普通 分子 得到 能量 活化 分子 合理 取向的 碰撞 有效 碰撞 活化能 新物质 能量 引发化学 反应，形成 二、有效碰撞理论 二、有效碰撞理论 能量 反应物分子平均能量 生成物分子平均能量 反应过程 E2 逆反应的活化能 E1 (正)反应的 活化能 活化分子平均能量 反应热 ΔH=E1-E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 反应物分子变成活化分子吸收的能量 活化能与反应热有关吗? 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。 △H与活化能 大小无关 二、有效碰撞理论 能量 反应物 生成物 反应过程 正反应的活化能 E1 E1-E2 反应热 逆反应的活化能 E2 反应物、生成物的能量与活化能的关系图 ΔH =反应物的活化能 ― 生成物的活化能 活化能小，反应速率快 二、有效碰撞理论 能量 反应物 生成物 反应过程 活化分子 活化能 能量 反应物 生成物 反应过程 活化分子 活化能 N2 + O2 ===2NO 高温 2H2 + O2 === 2H2O 点燃 活化能大，反应速率慢 活化能与反应速率的关系： 活化能越小，一般分子成为活化分子越容易，则活化分子越多，则单位时间内的有效碰撞越多，则反应速率越快。 三、过渡态理论 过渡态理论认为：在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。 活化分子 AB＋C→[A…B…C]→A＋BC 反应物 　 过渡态　　 产物 中间体：只在过程中出现 正反应的活化能 一个化学反应的速率就取决于速率最慢（活化能最大）的基元反应 如图是CH4和Cl2反应生成CH3Cl和HCl的反应过程中各物质的能量关系变化。 （Ea表示活化能） 反应过程 过渡态 过渡态 问题1：有几个基元反应？ 2个 问题2：哪一步基元反应快？ 问题3：哪一步决定整个反应的速率（也叫“决速步”）？ 第1步 活化能越小，速率越快。 Ea1>Ea2 第一步是慢反应，第二步是快反应。 中间体 (中间产物) 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。 Ea1是整个反应的活化能 HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示 Ea1 Ea2 Ea3 Ea4 1、该反应为 反应 放热 E反应物 ＞ E生成物 2、产物的稳定性比较： P1 P2 < 能量越低越稳定 3、历程中最大正反应的活化能为 kJ/mol 186.19 4、中间产物Z转化为产物的速率：v(P1) v(P2) ＞ 归 纳：有效碰撞理论与化学反应速率的关系 二、有效碰撞理论 活化能越低，单位体积内活化分子数______，单位时间内有效碰撞的次数就______，化学反应速率就会______。 越多 越多 越快 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。 活化分子百分数 = ×100% 活化分子数 反应物分子总数 活化分子百分数：活化分子在反应物中所占的个数百分比 表达式: 扩展 普通分子越易变成活化分子 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 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 结合碰撞理论，探讨外因的改变影响化学反应速率的原因 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 1、用碰撞理论解释浓度对速率的影响： 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 增大浓度 增加 增加 增加 增大 不变 分子总数:20 活化分子数:6 活化分子%:30% 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子%:30% 增大浓度 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 2、用碰撞理论解释压强对速率的影响： 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 增大压强 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子%:30% 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子%:30% 增大压强 增加 增加 增加 增大 不变 增大压强，相当于增大反应物浓度 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 3、用碰撞理论解释温度对速率的影响： 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子%:30% 分子总数:10 活化分子数:7 活化分子%:70% 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 增大温度 升高温度 不变 增加 增加 增大 增加 普通分子获得能量，变成活化分子 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 4、用碰撞理论解释催化剂对速率的影响： 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 使用催化剂 增加 增加 增大 增加 不变 加催化剂 活化能降低 普通分子变成活化分子 加入催化剂 能 量 SO3(g) SO2(g)+O2(g) 反应过程 Ea1 Ea2 Ea3 非催化反应 催化反应 总反应：SO2(g) + O2(g) == SO3(g) 未使用催化剂 使用催化剂V2O5 活化能为Ea1 反应分两步（历程改变） 第二步: 2VO2+O2=V2O5 ，活化能为Ea3 第一步: SO2+V2O5=2VO2+SO3 ，活化能为Ea2 总反应: SO2(g)+O2(g)=SO3(g) V2O5 是催化剂，前后质量不变； VO2 是中间物。 催化剂能改变反应历程 ，通过改变反应历程降低反应活化能 催化剂：参与化学反应（生成中间产物） 思考：加入催化剂怎么改变反应历程？为什么加入催化剂能降低活化能？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。又因为Ea2>Ea3,所以第一步是慢反应，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Ea2就是在催化剂条件下，整个反应的活化能。 能量 反应过程 催化剂可以改变反应历程，改变反应的活化能。 用催化剂后，反应分两步，经历2个基元反应后完成（历程改变） 用催化剂后，活化能由Ea1变为Ea3，活化能减小 注：催化剂能降低反应的活化能进而改变反应速率，但不改变反应热。 总结: Ea3 ∆H 过渡态1 过渡态2 过渡态 Ea2 Ea1 反应物 生成物 Ea2：逆反应活化能（无催化剂） ∆H = Ea1 - Ea2 Ea1：正反应活化能（无催化剂） 思考6：催化剂是否会改变化学反应的反应热（∆H）？ ①浓度 反应物浓度增大 N总↑ N活增大 →有效碰撞↑ →V↑ 活%不变 ②压强 缩小容器体积，增大压强 ③温度 ④催化剂 升高温度 普通分子 获得能量， 变成活化分子 N总不变 活%↑ N活增大 →有效碰撞↑ →V↑ 加催化剂 活化能降低 普通分子升级为 活化分子 N总不变 活%↑ N活增大 →有效碰撞↑ →V↑ 注 意：浓度、压强不改变“活%”只改变N总 温度、催化剂才改变“活%” 扩展：飞秒化学 1、原理：跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的过渡态，必须采用10－15～10－12 s的时间分辨技术，可以分辨分子、原子飞秒级变动图像的激光脉冲技术，可以跟踪、观察基元反应的整个过程。 2、定义：对超快速化学反应的研究称为飞秒(fs，1fs＝10﹣15 s)化学。 3、意义：飞秒化学对了解化学反应机理、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。飞秒化学开创了化学反应的新世纪。我国在飞秒激光器的研究方面已达到国际水平。 课本P30 飞秒激光 冲刺时间分辨技术 活化能 活化分子 meiyangyang8602 化学反应的过程 普通分子 吸收 能量 活化分子 有效碰撞 生成物 放出 能量 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 从化学反应的过程中分析提高化学反应速率的思路 越小 越多 越多 越多 越小 越多 越多 越多 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 $