2.1化学反应速率 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学反应速率，系统涵盖活化能、碰撞理论、反应历程等核心知识，通过氢气与氧气反应需点燃或催化剂等生活实例导入，衔接微观基元反应与宏观速率影响因素，以有效碰撞模型、能量-反应过程示意图为学习支架。 其亮点在于以概念模型法建构认知，结合HI分解、氢气氧化等基元反应实例及速率方程计算等题目，强化科学思维中的模型认知与证据推理。通过分子碰撞示意图、能量图辅助理解，助力学生深化微观-宏观联系，为教师提供系统理论与实例支持，提升教学效率。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节 化学反应速率 1.掌握活化能、碰撞理论的相关概念，了解过渡态理论； 认识基元反应、活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程。 2.能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响。强化模型认知意识。 核心素养 发展目标 简单碰撞理论 一 基元反应 2HI = H2 + I2 实际上是经过下列两步反应完成的： ① 2HI → H2 + 2I· ② 2I· → I2 自由基：带有单电子的原子或原子团。 (每一步反应) 反应历程(反应机理） 这两个先后进行的基元反应反映了2HI=H2+I2的反应历程。 从微观上看，反应物分子一般总是经过若干个简单的反应步骤才最终转化为产物分子的。每一个简单的反应都称为一个基元反应。 其中的每一步反应称为基元反应 研究表明，氢气和氧气的混合气体在点燃或有催化剂存在的条件下，可以发生爆炸式反应生成液态水。 这个看似简单的化学反应实际上是具有历程的，要经历 下列四步反应： 如何来研究一个反应，研究化学反应原理的基本方法和思路是怎样？ ——概念模型法 简化后的有效碰撞模型 气体分子的运动是自由的，它们之间的碰撞可以视为是随机的。 1、设想 在一个洁净的容器中，使H2和O2按体积比2：1的比例混合，气体分子因自由运动而不断相互碰撞(互相接触) ——这是发生化学反应的必要条件。 2、模型的基本构架 假设与事实：研究结果表明，从分子的热运动看，分子发生碰撞的机会很多。如在常温常压下，气体浓度为1mol·L-1时。在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到1028次。假如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。 结论：并不是每次分子间的碰撞都会引起化学反应，只有其中部分的气体分子碰撞是有效的，即有效碰撞——这是发生化学反应的充分条件。 3、结论 简单碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数分子碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞，反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。 吉尔伯特·牛顿·路易斯 有效碰撞 无效碰撞 力量不够 取向不好 11 能量不足， 碰撞无法发生反应 HI HI HI HI 取向不对， 碰撞无法发生反应 HI HI HI HI 有效碰撞， 发生反应 H2 I2 HI HI HI 分解反应中分子碰撞示意图 一、有效碰撞 1、定义： 2、发生有效碰撞的条件： （1）具有足够高的能量 （2）具有合适的取向 能引发化学反应的碰撞就是有效碰撞 分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件 而有效碰撞是发生化学反应的充要条件 发生有效碰撞的分子能量较高——活化分子 活化能 二 二、活化分子 1、定义： 2、特点： 3、活化能： 能够发生有效碰撞的分子 能量较高 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。 活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的难易，但是却对这个化学反应前后的能量变化（反应热）并不产生任何影响。 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 活化能 活化分子变成生成物分子放出的能量 (逆反应活化能) 该反应是吸热反应还是放热反应? 活化能与反应热有关吗? 反应热 E1-E2是反应热 1.E活∶使反应发生所需要的最低能量。E活与△H无关，活化能的大小是由反应物分子的性质决定， 2.E活越小则一般分子成为活化分子越容易，则活化分子越多，则单位时间内有效碰撞越多，则反应速率越快。E活越大，化学反应速率越小。 3.只有催化剂可以改变活化能 4.ΔH=E1-E2=E正活-E逆活=正反应的活化能－逆反应的活化能 下列说法错误的是 。 A.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 B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子 C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应 E.能发生有效碰撞的分子必须具有较高的能量 F.活化能指活化分子多出反应物分子能量的那部分能量 G.使用催化剂能改变分子的活化能 H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应 √ √ √ A.该反应的速率主要取决于反应① B.使用催化剂能增大活化分子百分数,增大反应速率 C.反应①的活化能比反应②的大 D.NOBr2是该反应的催化剂 B 反应的速率取决于基元反应的慢反应，基元反应中活化能越大反应速率越小。 1.已知反应:2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g) ΔH=-akJ·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( ) 2.已知反应2NO(g)＋2H2(g) N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－752 kJ·mol－1 的反应机理如下： ①2NO(g) N2O2(g)　(快) ②N2O2(g)＋H2(g) N2O(g)＋H2O(g)　(慢) ③N2O(g)＋H2(g) N2(g)＋H2O(g)　(快) 下列有关说法正确的是 ( ) A.N2O2和N2O是该反应的催化剂 B.②反应的活化能最小， C.反应速率υ(NO)=υ(H2)=υ(N2) D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 D 3. 2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)　 ΔH＝－198 kJ·mol－1， 在V2O5存在时，该反应的机理为： V2O5＋SO2=2VO2＋SO3(快)，4VO2＋O2=2V2O5(慢)。 下列说法正确的是（ ） A、反应速率主要取决于V2O5的质量 B、VO2是该反应的催化剂 C、逆反应的活化能大于198 kJ·mol－1 D、增大SO2的浓度可显著提高反应速率 C 下列有关该反应的说法正确的是( ) A.化学反应速率与Fe3＋浓度的大小有关 B.该反应为吸热反应 C.Fe2＋是该反应的催化剂 D.若不加Fe3＋，则正反应 的活化能比逆反应的大 4. 在含Fe3＋的S2O82－和I－的混合溶液中，反应S2O82－(aq)＋2I－(aq)=2SO42－(aq)＋I2(aq)的分解机理及反应进程中的能量变化如下：步骤①：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)=I2(aq)＋2Fe2＋(aq)步骤②：2Fe2＋(aq)＋S2O82－(aq)=2Fe3＋(aq)＋2SO42－(aq) A 解析：②的活化能较小，则① 为慢反应 5.H2、CO可用于合成甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)，其反应(a、b均小于0)： ①2CO(g)+4H2(g) ⇋ CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H1= a kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇋CH3OH(g) ∆H2= b kJ·mol-1 ③2CH3OH(g) ⇋CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H3< 0 若反应③正反应的活化能为m kJ·mol-1,则下列说法正确的是( ) A. a < b B. ∆H3 = 2b-a C. 反应③逆反应的活化能为 a-m-2b D. 将容器容积压缩，活化分子百分数增大，正、逆反应速率均增大 A 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 活化能 活化分子变成生成物分子放出的能量 反应热 没加催化剂 加了催化剂， 降低反应活化能 活化分子 ——能加快或减慢化学反应速率，而本身的组成和质量并不改变的物质。 三、催化剂 催化剂的特性 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 1.实验室制氢气,若向稀硫酸中加几滴硫酸铜溶液，则产生H2的速率加快,该反应中硫酸铜 催化剂 2.单独加热氯酸钾，产生氧气的速率小，而将少量高锰酸钾和氯酸钾混合共热制氧气，产生氧气的速率明显加快，该实验中高锰酸钾 催化剂 不是 不是 有效碰撞理论与反应速率 三 决定反应速率大小的本质因素是什么？ 有效碰撞的次数 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 1.一个反应要发生一般要经历哪些过程？ 2.活化能的大小是如何影响反应速率的？ 单位时间 单位体积 有效碰撞次数 决定 反应速率的大小 决定 单位体积活化分子数 活化能 决定 其它条件不变时，增大反应物浓度，单位体积内活化分子的数目增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢 其它条件不变时 增大反应物浓度 活化分子 浓度、压强对化学反应速率的影响 分 子总数 百分 数 增大 其它条件不变时，升高温度，单位体积内活化分子的数目增大，单位体积内活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢 其它条件不变时 升高温度 活化分子 温度、催化剂对化学反应速率的影响 分子总数 百分数 增大 1. 压强影响，只适用于讨论有气体参加的反应，若压强变化能引起参与反应物质的浓度发生变化时，化学反应速率才能发生变化。 2. 注意“真”变和“假”变：若体系的压强变化而使反应物或生成物的浓度发生变化即“真”变，否则是“假”变。 a. 恒压时充入He：由于SO2、O2、SO3的物质的量不变，体积V变大，浓度降低相当于“减压”，反应速率降低。 b. 恒容时充入He：由于反应物、生成物浓度不变，反应体系压强不变相当于“假”变。 注意： 2SO2+O2⇋2SO3 浓度 （C B ） 改变 压强（P）改变 温度（T）改变 使用催化剂 改变单位体积内分子 总数，不改变活化分 子百分率 改变单位体积内 活化分子百分率 显著改变单位体积 内活化分子百分率 改变分子活化 所需能量 改变单 位体积 内活化 分子总 数 改 变 有 效 碰 撞 次 数 改 变 化 学 反 应 速 率 理论解释(有气体参加的化学反应) 过渡态理论 四 飞秒化学 p30 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 过渡态理论(拓展延伸) (1) 过渡态定义：反应物分子在相互接近的过程中，先被活化形成高能量的活化配合物，即过渡态，过渡态再分解为产物。 (2) 过渡态特点： ①能量高 ②极不稳定，不能分离得到 ③旧键未完全断开，新键未完全形成 ①过渡态：反应物转变为产物的中间状态势能最高处的原子排列，寿命=0，无法测得。 ②中间体：反应中生成的寿命比较短的离子或自由基，中间体一般很活泼，但可通过试验方法观察到。物质进行多步反应时，介于两个过渡态之间的物质。 过渡态和中间体的区别： (3) 能量变化图： (1)活化能是从低能态“爬坡”到高能态的能垒,活化能最大的步骤,决定了整个反应过程的反应速率。在多步反应中，决速步反应的活化能最大，反应速率最慢。 能垒图中涉及物质的能量往往是指一个分子变化过程的能量变化， 其单位一般为eV(电子伏特)。活化能Ea一般指每摩尔物质反应的能量变化，其单位多为kJ·mol-1。 (2)反应热与活化能关系:ΔH=E1(正反应的活化能)-E2(逆反应的活化能) (3)分析变化过程中所经由的全部基元反应,包括过渡态的形成、键的断裂和形成等。 (3) 能量变化图： [2025·河北]氮化镓（GaN）是一种重要的半导体材料，广泛应用于光电信息材料等领域，可利用反应制备。反应历程（TS代表过渡态）如下。下列说法错误的是( ) A.反应ⅰ是吸热过程 B.反应ⅱ中脱去步骤的活化能为2.69 eV C.反应ⅲ包含2个基元反应 D.总反应的速控步包含在反应ⅱ中 D 速率方程 假设某反应为aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，其速率方程可表示为 v＝kca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数。反应 速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。 也可写为v正＝k正ca(A)·cb(B)，(k正为正反应的速率常数) v逆＝k逆cc(C)·cd(D)，(k逆为逆反应的速率常数) (1)含义：反应速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L-1时的反应速率。 (2)意义：在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。 (3)反应速率常数的影响因素：与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。 ①速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值。通常反应速率常数越大，反应进行得越快。 ②不同反应有不同的速率常数。 速率常数 1.已知2N2O(g)===2N2(g)+O2(g)的速率方程为v＝k·cn(N2O)(k为速率常数)。实验测得N2O在催化剂X表面反应的变化数据如下： t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 c(N2O)/(mol·L-1) 0.100 0.080 c1 0.040 0.020 c2 c3 0 下列说法正确的是 A.n＝1，c1>c2＝c3 B.t＝10 min时，v(N2O)＝2.0×10-3 mol·L-1·s-1 C.相同条件下，增大N2O的浓度或催化剂X的表面积，都能加快反应速率 D.保持其他条件不变，若N2O起始浓度为0.200 mol·L-1，当浓度减至一半 　时共耗时50 min √ 2.某探究小组利用丙酮的溴代反应： CH3COCH3+Br2 →CH3 COCH2 Br+HBr。研 究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v通过测定溴的颜色消失所需的时间 来确定，在一定温度下，获得如下实验数据： (1)表格中x= ,y= 。 (2)已知该反应速率方程：v=k·ca(CH3COCH3)· cb(HCl)·cd(Br2)其中k为仅与温度有关的速率常数。由上表数据可推测出a= ,b= ,d= 。 (3)t1= 。已知反应物分子一步直接转化为产物的反应称为基元反应，则该反应 , (填“是”或“不是”)基元反应。 HCl 实验序号 初始浓度c/(mol·L-1) 溴颜色消失所需时间t/s CH3COCH3 HCl Br2 ① 0.80 0.20 0.0010 290 ② 1.60 x 0.0010 145 ③ y 0.40 0.0010 145 ④ 0.80 0.20 0.0020 580 ⑤ 0.80 0.20 0.0040 t1 0.20 0.80 1 1 -1 1160 不是 循环转化机理图像的解读 对于“环式”反应进程图像,位于“环上”的物质是催化剂或中间体,如⑤⑥⑦和⑧,“入环”的物质为反应物,如①和④,“出环”的物质为生成物,如②和③ (1)循环图中流入的箭头对应的物质一般为原料，流出的箭头对应的物质为产物； (2)参与循环的物质中，最靠近原料的物质一般为催化剂，其他物质一般为反应的中间体。(3)通览全图,找准一“剂”三“物” （2025·北京卷）乙烯、醋酸和氧气在钯( )催化下高效合成醋酸乙烯酯( )的过程示意图如下。 下列说法不正确的是 A．①中反应为 B．②中生成 的过程中，有 键断裂与形成 C．生成总反应的原子利用率为 D． 催化剂通过参与反应改变反应历程，提高反应速率 C $