2.1.3活化能 课件-2026-2027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基元反应、活化能及有效碰撞理论，通过衔接上节课宏观影响因素，结合分子碰撞数据与温度对分子能量分布的影响资料，搭建从宏观现象到微观机理的学习支架，引导学生探究反应速率的本质原因。 其亮点在于采用分层研学任务驱动，通过表格对比、典例剖析及飞秒化学拓展，融合化学观念与科学思维，帮助学生构建“宏观-微观-符号”认知链，既提升学生逻辑推理能力，又为教师提供系统教学资源，助力高效教学。

第三课时 活化能 第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节 化学反应速率 1.7.2013 同学们好，今天我们进入化学反应速率的第三课时，重点探讨“活化能”这一核心概念。我们将从有效碰撞理论的角度，深入理解为什么有些反应需要加热才能发生，而有些反应却能瞬间完成。 ‹#› 1.初步认识化学反应是有历程的，掌握基元反应活化能对化学反应速率的影响。 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。 重点：认识基元反应、活化能对化学反应速率的影响。 难点：认识基元反应、活化能对化学反应速率的影响。 素养锚定·课标定位 一、深入的认识微观运动 资料1：通常情况下，当气体的浓度为1mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子的碰撞可达到1028次。 资料2：不同温度下，各速率区间的氧气分子数占 总分子数的百分比如图： 对资料分析可得： 1.分子之间存在剧烈碰撞 2.同温度下，分子的能量、运动速率不同 3.能量很高或很低的分子所占比例很小 4.升高温度，分子的能量增大 上课节课我们知道，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，那么从微观反应上如何解释这些因素对化学反应速率的影响呢？ 情境启思·任务缘起 1、基元反应 研究发现，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。其中每一步反应都称为基元反应。 2HI→H2+2I· 2I·→I2 例如：2HI==H2+ I2 实际上是经过下列两步反应完成的： 第一步 第二步 自由基：带有单电子的原子或原子团叫自由基。 二、基元反应和活化能 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。 自由基化学性质十分活泼， 存在的寿命极短。 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。 分层研学·探理悟新 ①大多数化学反应都是分几步完成的，基元反应的总和称为总反应。由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。 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) 二、基元反应和活化能 ②总反应的反应速率，由整套历程中速率最慢的那一步基元反应所决定， 该步骤叫作决速步，决速步不一定是第一步基元反应。 2、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。 分层研学·探理悟新 任务二 任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。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，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。 并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应 二、基元反应和活化能 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 思考：反应分子的每一次碰撞都能发生化学反应吗？ 3、基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 分层研学·探理悟新 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 （2）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 二、基元反应和活化能 4、有效碰撞 ⑴我们把能够发生化学反应的碰撞 叫做有效碰撞。 （3）注意： 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；（由于取向问题） ③有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关。 分层研学·探理悟新 4、活化能和活化分子 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 ⑴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 ⑵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 正反应的活化能 可认为是逆反应的活化能 二、基元反应和活化能 活化能与反应热有关吗? △H与活化能 大小无关 分层研学·探理悟新 4.活化能和活化分子 二、基元反应和活化能 ⑶化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系 活化分子 能量 反应过程 反应物 生成物 E1 E2 放热反应 普通分子 吸收 能量 活化分子 有效碰撞 生成物 放出 能量 ΔH 活化能 ①不同的化学反应 所需的活化能差别很大。 ②活化能越小，普通分子越容易变成活化分子，反应越容易发生。 ③活化能的大小对化学反应的反应热不产生任何影响！ 分层研学·探理悟新 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 (4)活化能与反应速率的关系： 活化能低速率快 还是高速率快？ 活化能越低，单位体积内活化分子数越多，单位时间单位体积内有效碰撞的次数就越多，化学反应速率就会越快。 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 分层研学·探理悟新 【例1】已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ, 在含少量I-的溶液中，H2O2的分解分两步: ⅰ. H2O2+I- →H2O+IO-　 慢反应 ⅱ. H2O2+IO- → H2O+O2+I-　快反应 下列有关反应的说法正确的是 ( 　) A.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2) B.反应ⅰ比反应ⅱ的活化能小 C.H2O2分解速率与I-的浓度无关 D.H2O2(l)= H2O(l)+O2(g)　ΔH= -98 kJ·mol-1 二、基元反应和活化能 D 典例剖析·逻辑释疑 【例2】已知： ，该反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法正确的是 A．反应①为吸热反应，反应②为放热反应，总反应为放热反应 B．HI是该反应催化剂，起到加快反应速率的作用 C．整个反应过程共有2个基元反应，决定速率的为第①步反应 D．ICl(g)+HI(g)= I2 (g)+HCl (g)  ΔH = -218kJ/mol C 典例剖析·逻辑释疑 碰撞理论解释化学反应速率的影响因素 02 13 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 化学反应速率快慢 决定 决定 决定 决定 内因 外因 浓度、压强、温度和催化剂 思考：当其他条件不变时，为什么增大反应物的浓度会使化学反应速率增大， 而降低反应物的浓度会使化学反应速率减小？ 有效碰撞理论模型： 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 越小 越多 越多 越多 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 分层研学·探理悟新 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 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 任务三 n活=n总×活% 浓度增大 → 单位体积内n总↑ T不变，活%不变 单位体积内 n活增大 → 单位时间内 有效碰撞↑ →V↑ 分层研学·探理悟新 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 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 分层研学·探理悟新 2、用碰撞理论解释压强对速率的影响： 恒温恒容通入少量惰性气体: Ar 总气压增大 反应物 浓度不变 单位体积 活化分子数不变 化学反应速率不变 恒温恒压通入少量惰性气体： 总气压不变 单位体积 活化分子数减小 密闭容器体积增大 反应物 浓度减小 单位时间 有效碰撞 次数不变 单位时间 有效碰撞 次数减小 化学反应速率减小 压强的“真变”与“假变” 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 分层研学·探理悟新 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 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 分层研学·探理悟新 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 加正催化剂 改变反应历程， 活化能降低 普通分子变成活化分子 加入催化剂 三、有效碰撞理论解释外因对反应速率的影响 分层研学·探理悟新 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 催化剂与反应历程： 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 分层研学·探理悟新 课堂小结 单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多 单位体积内 活化分子数增大 增大反应物浓度 升高温度 增大化学反应速率 增大气体压强 催化剂 单位体积内活化分子百分数增大 meiyangyang8602 用简单碰撞理论解释影响化学反应速率的因素 大大加快化学反应速率 加快化学反应速率很快 体系梳整·认知升华 【例3】2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应过程中能量变化如图所示。下列有关叙述不正确的是 (　 　) A.该反应中，反应物断键所需的总能量小于生成物成键所释放的总能量 B.该反应的逆反应为吸热反应，升高温度可提高活化分子的百分数 C.使用催化剂可以改变反应的活化能，但不能改变反应热 D.恒温恒容条件下通入氦气,使单位体积内O2的活化分子数增大 三、碰撞理论解释化学反应速率的影响因素 D 典例剖析·逻辑释疑 5、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 始态、过渡态、终态 分层研学·探理悟新 知识总结 6.过渡态 基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。 二、碰撞理论解释化学反应速率的影响因素 过渡态 终态 始态 反应的过程 AB＋C→[A…B…C]→A＋BC 反应物　 过渡态　　 产物 分层研学·探理悟新 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 反应不同，反应历程就不相同； 同一反应 , 在不同条件下的反应历程也可能不同， 而反应历程的差别又造成了化学反应速率的不同。 分层研学·探理悟新 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 分层研学·探理悟新 二、碰撞理论解释化学反应速率的影响因素 【例4】我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程，该历程示意图如下，下列说法不正确的是( ) A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B.CH4→CH3COOH过程中，有C-H键发生断裂 C.①→②放出能量并形成了C-C键 D.该催化剂没有参加化学反应 D 飞秒化学 典例剖析·逻辑释疑 拓展、反应机理循环图 素养锚定·课标定位 活化能 基元反应和活化能 碰撞理论解释化学反应速率的影响因素 基元反应 反应历程 用简单碰撞理论解释浓度对化学反应速率的影响 用简单碰撞理论解释温度对化学反应速率的影响 有效碰撞 活化能和活化分子 用简单碰撞理论解释压强对化学反应速率的影响 用简单碰撞理论解释催化剂对化学反应速率的影响 飞秒化学 过渡态 体系梳整·认知升华 1.下列说法错误的是（ ） ①碰撞理论认为，反应物分子间进行碰撞才可能发生化学反应 ②活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 ③催化剂加快反应速率的本质是降低了反应的活化能 ④只有增加活化分子的百分含量才能加快反应速率 ⑤对于基元反应而言，温度升高，反应速率一定增加 A．①④ B．②④ C．③⑤ D．②⑤ B 当堂诊学·成效校验 2.已知反应：2NO(g)＋Br2(g)⇌2NOBr(g)　ΔH＝－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)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 C 当堂诊学·成效校验 3.下列说法正确的是 A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使反应速率增大 B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加 活化分子的百分数，从而使反应速率增大 C．升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数 D．使用催化剂，改变了反应的活化能，改变了活化分子百分数，化学反应速率一定加快 C 当堂诊学·成效校验 $