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 新课导入 我们知道，浓度、温度、压强及催化剂会影响化学反应速率,这些从宏观上都已得到证实，如何从微观角度解释外界条件对化学反应速率的影响？ 简单碰撞理论 1918年，路易斯提出了化学反应速率的简单碰撞理论。该理论认为，反应物分子间的碰撞是化学反应的先决条件。反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。 一、简单碰撞理论 化学反应并经过简单碰撞就能完成的，一个反应步骤才能实现吗？ 二、基元反应和反应历程 1、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自由基的反应活性很强，寿命极短。 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。 过渡态 终态 始态 基元反应的过程 三、有效碰撞 分子无规则高速运动 彼此碰撞（每秒约1028次） 有效碰撞 无效碰撞 发生反应 不发生反应 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生有效碰撞 阅读(课本27页)： 并不是反应物的分子的每一次碰撞都能发生化学反应。 反应分子的每一次碰撞都能发生化学反应吗？ 为什么有的碰撞可以发生反应，而有的不能发生反应?与哪些因素有关系？ 力道不足 ——进不去球 取向不对 ——进不去球 力道、取向恰好 ——进球 三、有效碰撞 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 有效碰撞发生的条件 反应物分子必须具有一定的能量 合适的取向 活化分子 三、有效碰撞理论 我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞 。 条件：1、足够的能量； 2、合适的取向。 3、有效碰撞的频率越高，反应速率越快; 那些分子有能量呢？ HI HI 能量（活化能） 普通分子 活化分子 普通分子与活化分子。 三、有效碰撞理论——活化分子与活化能 才能够发生有效碰撞 （1）活化分子： 能够发生有效碰撞的分子。 （2）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，叫做反应的活化能。 1.碰撞理论是一种较直观的反应速率理论,下列有关碰撞理论叙述正确的是(　　) A.分子发生碰撞就一定发生反应 B.发生有效碰撞的分子具有最高的能量 C.有效碰撞是活化分子在一定方向上的碰撞 D.活化分子的平均能量即为活化能 习题 C 化学反应过程 碰撞 有效碰撞 无效碰撞 普通分子 活化分子 新物质 能量 活化能 合适取向 吸收能量 能量 反应物 生成物 反应过程 活化能 E1 E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 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。 具有足够的能量，能发生有效碰撞的分子 活化分子 E1-E2 反应热 也可以说是逆反应的活化能 三、有效碰撞理论 ΔH =反应物的活化能 ― 生成物的活化能 过渡态 活化能小，反应速率快 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： 活化能低速率快还是高速率快？ 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 分子总数:20 活化分子数:6 活化分子百分数:30% 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子百分数:30% 活化分子 百分比不变 浓度↑ 单位体积内N总↑ 单位体积内N活↑ 有效碰撞↑ v ↑ 活化分子百分数= 活化分子数 反应物分子数 ×100% 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响——浓度 其它条件不变时 升高温度 活化分子 温度↑ 单位体积内活化分子数↑ 活化分子百分数↑ 运动加快，碰撞频率↑ 有效碰撞次数↑ v↑ 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响——温度 升温 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响——浓度 温度↑ 单位体积内活化分子数↑ 活化分子百分数↑ 运动加快，碰撞频率↑ 有效碰撞次数↑ v↑ 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子百分数:30% 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子百分数:30% 活化分子 百分比不变 气体P↑，V体↓，气体浓度↑ 即单位体积内反应物分子总数↑ 单位体积内 活化分子数↑ 有效碰撞次数↑ v ↑ 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响——压强 1.压强对反应速率的影响——压缩气体 活化分子 恒容时 充入非反应气体 1.压强对反应速率的影响——充入无关气体 在其它条件不变时，恒容条件下，充入无关气体，压强增大，但各物质浓度不变，反应速率不变 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响——压强 其它条件不变时 加入催化剂 活化分子 使用催化剂 活化能↓ 单位体积内N活↑ 有效碰撞↑ v ↑ 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响—催化剂 为什么呢？ 01 02 03 04 05 扩散 吸附 断键 成键 脱附 活化能越大，反应越难进行 改变温度，活化能大的反应速率改变程度大 活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤 1．催化剂与反应历程 四、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响—催化剂 能量 反应过程 Ea3 ∆H 过渡态1 过渡态2 过渡态 Ea2 Ea1 反应物 生成物 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。 ∆H = Ea1 - Ea2 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 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) Ea1是整个反应的活化能 例： 3.已知温度不同,NO2和CO之间发生反应的机理不同。 NO+CO2(即一步完成),其反应过程如图所示:   NO+NO3(慢),CO+NO3 下列有关说法错误的是(　　) A.相同条件下,活化分子的能量比对应反应物分子的能量高 B.473 K时,总反应速率由第一步反应决定 C.使用催化剂可增大活化分子百分数,改变反应的ΔH D.温度不同反应机理不同,但都经历氮氧键断裂和碳氧键生成的过程 ①673 K时,NO2和CO发生基元反应 NO2+CO ②473 K时,则经过两步反应,反应机理是:NO2+NO2 NO2+CO2(快)。 C 习题 单位体积活化分子数目 有效碰撞次数 反应速率 增大反应物的浓度 升高温度 增大压强减小体积 增多 增多 增大 活化分子百分数增大 加催化剂 降低反应的活化能 小结 普通分子升级为 活化分子 光辐照 电弧 放射线辐照 强磁场 超声波 高速研磨 总之，向反应体系输人能量，都有可能改变化学反应速率 其他因素对化学反应速率的影响 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 活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示:   下列说法正确的是(　　) A.该反应为吸热反应 B.产物的稳定性:P1>P2 C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ/mol D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)<v(P2) 习题 C $