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

该高中化学课件围绕活化能、基元反应及有效碰撞理论展开，通过HI分解、甲烷热分解等实例引入反应机理，逐步构建从具体反应到碰撞理论（活化分子、活化能）、影响反应速率因素（浓度、温度等）的学习支架，帮助学生形成连贯的知识脉络。 其亮点在于融合化学观念与科学思维，通过三步基元反应分析（如Ce⁴⁺与Ti⁺反应）培养证据推理能力，结合浓度影响的示意图与表格（如单位体积活化分子数变化）深化模型认知。对学生，可提升微观探析与逻辑推理能力；对教师，提供丰富例题与可视化工具，助力高效教学实施。

活 化 能 自由基 带有单电子的原子或原子团 2HI→H2+2 I∙ 2I∙ → I2 例如：2HI = H2 + I2，实际上是经过下列两步反应完成的： 基元反应：一步完成的反应 多步基元反应 反映了反应历程（机理） 不是所有的化学反应都是由多个基元反应构成的。 1.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应通过三步基元反应实现： ①Ce4＋＋Mn2＋―→ Ce3＋＋Mn3＋； ②Ce4＋＋Mn3＋―→ Ce3＋＋Mn4＋； ③Ti＋＋Mn4＋―→ Ti3＋＋Mn2＋。由此可知： (1)Mn2＋反应前后都存在，是该反应的_______。 (2)该反应的中间体有_____________。 (3)该反应的总反应方程式为_________________________。 催化剂 Mn3＋ 、Mn4＋ 2Ce4＋＋Ti＋===2Ce3＋＋Ti3＋ 中间体(中间产物)只在反应过程中出现，初始反应物和反应产物中均不存在。 反应前后存在，反应过程中不存在的物质是催化剂。 2.甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4―→ CH3—CH3＋H2，该反应的机理如下： ①CH4―→·CH3＋H·； ②___________________________； ③CH4＋H·―→·CH3＋H2； ④·CH3＋H·―→ CH4。 补充反应②的方程式。 ·CH3＋CH4―→ CH3—CH3＋H· 化学反应的实质：旧键断裂，新键形成。 原子的重新组合 Q1：基元反应如何发生？ 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 Q2：是不是每一次碰撞都会发生反应？ 有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞 Q3：发生有效碰撞需要满足什么条件？ 发生有效碰撞条件 碰撞时能量不足 碰撞时取向不合适 有效碰撞 （1）发生碰撞的分子必须有足够高的能量； （2）活化分子发生碰撞时必须有合适的取向。 活化分子 化学反应：活化分子有合适取向时的有效碰撞 Q1：基元反应如何发生？ 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 Q2：是不是每一次碰撞都会发生反应？ 有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞 Q3：发生有效碰撞需要满足什么条件？ （1）发生碰撞的分子必须有足够高的能量； （2）活化分子发生碰撞时必须有合适的取向。 活化分子 分子运动 活化分子 有效碰撞 能量 有效碰撞 发生化学反应 普通分子 合适的取向 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 无效碰撞 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 = 活化分子数 反应物分子数 ×100% 活化能 反应物平均能量 活化分子平均能量 活化分子变成生成物分子放出的能量 逆反应的活化能 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 活化能 正反应的活化能 反应热（焓变）：∆H = E1 - E2 （1）一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜能 够提高反应速率，所以CuSO4是该反应的催化剂。 （　×　） （2）活化能大的反应一定是吸热反应。 （　×　） （3）活化分子间每次碰撞都发生化学反应。 （　×　） （4）发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 （　√　） （5）有效碰撞次数越多，反应速率越快。 （　√　） （6）催化剂都不参加化学反应。 （　×　） × × × √ √ × 1. 下列有关活化能及活化分子说法不正确的是（　　） A. 能量较高、可发生有效碰撞的分子称为活化分子 B. 活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量的差值即为活化能 C. 催化剂能参与反应，可降低原反应的活化能 D. 非活化分子也有可能发生有效碰撞 2. 一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。下列有关说法不正确的是（　　） A. 该反应为吸热反应 B. 该反应历程共分4步进行 C. 第3步的正反应活化能最小 D. 第二步反应的Δ H2小于第三步反应的Δ H3 Q4：活化能与化学反应难易程度、化学反应速率的关系？ 活化能越小，化学反应越容易发生；化学反应速率越快。 Q5：有效碰撞与化学反应速率的关系？ 单位时间内有效碰撞的次数（有效碰撞频率越高）就越多，化学反应速率越快。 Q6：活化分子、有效碰撞与化学反应速率的关系？ 对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢(活化能最大)的一步基元反应（决速步）决定 简单（有效）碰撞理论 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（单位时间内的有效碰撞次数）越高，即应提高单位体积内活化分子数，化学反应速率越大。 碰撞理论解释浓度的影响 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 加快 不变 15 碰撞理论解释浓度的影响 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_____ → 反应物中活化分子百分数______ → 单位时间内有效碰撞次数______ → 反应速率______；反之，反应速率_______。 增多 增多 不变 增多 加快 减慢 16 碰撞理论解释温度的影响 升温 T1 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 升高温度 T2 不变 增加 增加 加快 增加 17 碰撞理论解释温度的影响 升高温度 →单位体积内分子总数______ → 单位体积内活化分子总数_____ → 反应物中活化分子百分数______ → 单位时间内有效碰撞次数______ → 反应速率______；反之，反应速率_______。 不变 增多 增多 增多 加快 减慢 18 碰撞理论解释压强的影响 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 增加 增加 增加 加快 不变 19 碰撞理论解释压强的影响 增大压强（压缩体积）→反应物浓度______→单位体积内分子总数______ → 单位体积内活化分子数_____ → 反应物中活化分子百分数______ → 单位时间内有效碰撞次数______ → 反应速率______；反之，反应速率_______。 增多 不变 增多 加快 减慢 增多 增大 20 碰撞理论解释催化剂的影响 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 加催化剂 不变 增加 增加 加快 增加 催化剂能改变反应历程， 改变反应活化能 思考：催化剂是否会改变化学反应的反应热（∆H）？ 21 碰撞理论解释催化剂的影响 使用催化剂→改变反应历程，反应活化能_______→单位体积内分子总数______ → 活化分子总数_____ → 反应物中活化分子百分数______ → 单位时间内有效碰撞次数______ → 反应速率______。 增多 不变 增多 加快 增多 降低 22 【正误判断】 （1）增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而使有效碰撞次 数增加。 （　×　） （2）升温或使用催化剂能够提高活化分子百分数，从而使反应速率 增大。 （　√　） （3）催化剂能降低反应所需的活化能，Δ H 也会发生变化。 （　×　） （4）活化分子数越多，化学反应速率一定越快。 （　×　） × √ × × 1. 水煤气变换反应：CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g），关于该反应，下列说法不正确的是（　　） A. 升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率增大 B. 降低CO浓度，单位体积内活化分子数减少，化学反应速率减小 C. 使用催化剂，降低反应活化能，加快反应速率 D. 适当增大压强，活化分子百分数增大，化学反应速率增大 2. 已知反应：2NO（g）＋Br2（g） 2NOBr（g）　Δ H ＝－ 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 课堂小结 改变浓度 改变压强 改变温度 催化剂 小结 26 3. 在有气体参与的反应中，①增大反应物浓度、②升高温度、③增大 压强（压缩体积）、④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速 率增大，完成下列问题： （1）降低反应活化能的是 （填序号，下同）。 （2）增加活化分子百分数的是 ⁠。 （3）未改变活化分子百分数，增加单位体积内分子总数的是 ⁠ ⁠。 （4）增加单位体积内活化分子数的是 ⁠。 ④　 ②④　 ①③ ①②③④　 【思考】除了改变浓度、温度、压强及选用催化剂等，还有哪些方法可能改变化学反应速率，请尝试从碰撞理论的角度阐述你的猜想 向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率 例如：光辐照、放射线、超声波、电弧、强磁场等 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(过渡态)，高能量的活化配合物再进一步转化成产物分子。 活化配合物(过渡态) 飞秒化学 人们在观察客观事物的运动时，必须掌握与运动速率相对应的时间分辨技术。计算日升月落，只需要掌握小时；计算百米赛跑，需要分辨到10－2的计时器。要跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的中间体或过渡态，必须采用10－15~10－12s的时间分辨技术，这种对超快速化学反应的研究被形象地称为飞秒（fs，1fs=10-15s）化学。这些研究对了解化学反应机理、控制反应进程非常重要。例如，化学家泽维尔研究ICN发生光分解反应时，采用了可以分辨分子、原子飞秒级变动图像的激光脉冲技术，测得光分解反应ICN→I· + ·CN的反应时间（205±30）×10-15s。在研究H·与CO2气态反应时，为了确定反应的开始时刻，泽维尔先使HI和CO2形成分子聚合体，当I因光解离去时H仍处于过渡态H…O…CO，这就使他可以对下列反应的整个过程进行跟踪、观察：H+CO2→H…O…CO→·OH+CO（始态） （过渡态） （终态）飞秒化学使过渡态理论可以直接被观测，是对化学研究突破性的贡献。 30 5. 过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成 的。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。按照 过渡态理论，NO2（g）＋CO（g） CO2（g）＋NO（g）的反 应历程如下，下列有关说法正确的是（　　） A. 第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞 B. 活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快 C. 第一步反应需要吸收能量 D. 该反应的反应速率主要取决于第二步反应 10. 铁的配合物离子催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情 况如图所示。 A. 加入Fe3＋可以使反应物分子中活化分子百分数增大 B. 该反应的催化剂是Fe2＋ C. 步骤②是整个反应的决速步骤 D. 若不加入Fe3＋，则正反应的活化能比逆反应的大 6.下列有关该反应的说法正确的是（　　） 9. 某探究小组利用丙酮的溴代反应： CH3COCH3＋Br2 CH3COCH2Br＋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： 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 0.001 0 290 ② 1.60 x 0.001 0 145 ③ y 0.40 0.001 0 145 ④ 0.80 0.20 0.002 0 580 ⑤ 0.80 0.20 0.004 0 t1 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 ＝ ⁠。 1　 1　 0　 2. （2024·浙南名校联盟）一定温度下，在恒容密闭容器中发生可逆 反应：N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g），已知N2（g）、H2 （g）、NH3（g）的起始浓度分别为0.2 mol·L－1、0.5 mol·L－1、 0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，各物质的浓度不可能是（　） A. c （N2）＝0.02 mol·L－1 B. c （H2）＝0.7 mol·L－1 C. c （NH3）＝0.3 mol·L－1 D. 2 c （N2）＋ c （NH3）＝0.6 mol·L－1 N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g） 3. （2023·绍兴联考）一定条件下，对于反应X（g）＋3Y（g） 2Z （g），若起始时X、Y、Z的浓度分别为 c1 mol·L－1、 c2 mol·L－1、 c3 mol·L－1（均不为零）。达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1，则下列判断错误的是（　） A. c1∶ c2＝1∶3 B. 平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C. 平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2 D. c1的取值范围为0＜ c1＜0.14 X（g）＋3Y（g） 2Z（g） 4. （2023·宁波五校）已知：K3[Fe（CN）6]溶液是检验Fe2＋的试 剂，若溶液中存在Fe2＋，将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L－1KI溶液 和0.05 mol·L－1 Fe2（SO4）3溶液等体积混合后，取混合液分别完 成下列实验，能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2”的是（　　） 实验编号 实验操作 实验现象 ① 滴入KSCN溶液 溶液变红色 ② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 ③ 滴入K3[Fe（CN）6]溶液 有蓝色沉淀生成 ④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 A. ① B. ②和④ C. ③和④ D. ①和③ 10. 将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中（假设容器容积 不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平 衡：H2NCOONH4（s） 2NH3（g）＋CO2（g）。下列各项： ①2 v （NH3）＝ v （CO2）； ②密闭容器中总压强不变； ③密闭容器中混合气体的密度不变； ④密闭容器中氨气的体积分数不变； ⑤密闭容器中 c （NH3）不变 中能判断该反应已经达到化学平衡状态的是（　　） A. ②③⑤ B. ②③④ C. ①④ D. 全部 C. ①④ D. 全部 11. （2024·浙江丽水高二检测）一定温度下将1 mol N2O4充入某恒压 密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 （　　） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 12. （2024·浙江金华高二检测）在一容积不变，绝热的密闭容器中发 生可逆反应：2X（s） Y（g）＋Z（g），以下不能说明该反应 达到化学平衡状态的是（　　） A. 体系温度不再变化 B. 反应容器中Y的体积分数不变 C. 混合气体的密度不再变化 D. X的质量不再变化 $