2.1.2 活化能 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修一

第3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 刘永杰 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。 ‹#› 影 响 因 素 内因 外因 兔子天生比乌龟跑得快 反应物本身的性质 浓度、温度、压强、催化剂等外界条件 决定因素 如何从微观角度解释这些因素对化学反应速率的影响呢？ 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。 吉尔伯特·牛顿·路易斯 又有研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能一步完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现，我们把其中每一步反应都称为基元反应。 2HI===H2＋I2 2HI → H2＋2I· 2I· → I2 自由基 带有单电子的原子或原子团, 反应活性很强，寿命极短 这两个先后进行的基元反应反映了化学反应(2HI===H2＋I2)的反应历程，反应历程又称反应机理。 例：2HI = H2 + I2 反应历程如下： 2HI → H2+2I· 2I· → I2 （慢） （快） 基元反应 I 基元反应 II 问题1：下面哪个基元反应决定整个反应的快慢？ 而决速步讲的是快慢，我给大家打个更合适的比方：就像工厂流水线，一共三道工序，第一道、第三道干活都特别快，唯独中间这一道工序干活很慢。就算前后两步效率再高，整条流水线整体产出东西的速度，也只能被这个最慢的工序拖住，快不起来。 放到化学反应里也是一样，其他基元反应进行得再迅速，只要有一步反应进行得慢，整个总反应的速度就被这一步限制住了。所以记住核心结论：总反应速率，由最慢的基元反应，也就是决速步来决定。 感受﹒ 理解 反应不同，反应历程也不相同 同一反应，在不同条件下，反应历程也可能不同 反应历程的差别造成了化学反应速率的不同 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的一步基元反应决定 练1.该反应分为几个基元反应？ 该反应分为3个基元反应 基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个高能量的中间状态，这个状态称为过渡态，此时旧键没有完全断裂、新键此时没有完全形成。 资料在线 物质 条件 碰撞次数 H2、O2 常温、常压 2.35×1010 次/秒 任何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1mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子的可发生约1028次碰撞。 力道不足 ——进不去球 取向不对 ——进不去球 力道、取向恰好 ——进球 这里给大家打个很形象的比方——投篮。 大家想一想投篮的场景，第一位同学为什么没有 进球，瞄准篮筐了，但是扔出去力气太小，球飞到半路就掉下来，没投进。第二位同学呢？力气给得很足，可是方向偏了，球直接砸到篮板侧边，同样也进不去。只有能量足，取向正确两个条件同时满足，才能进球 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 HI HI 以 2HI = H2 + I2 反应为例 I· I· ① 反应物分子必须具有一定的能量； ② 碰撞时要有合适的取向。 1、有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。 写板书 E表示分子的平均能量，Ec代表成为活化分子所需要的最低能量。 活化分子：具有足够的能量，能够发生有效碰撞的分子 活化分子百分数 = 活化分子数 反应物分子数 ×100% 这是一定温度下的分子能量分布曲线。大家观察图像可以发现，体系里面分子的能量是不相同的，有高有低。 {E}代表反应物分子的平均能量； {EC}代表成为活化分子所需要的最低能量。 我们把活化分子的平均能量，减去反应物分子的平均能量，二者的差值，叫作活化能。 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 能量 反应过程 反应物 生成物 ΔH 活化分子 活化能 活化分子高出 反应物分子平均能量的部分 能量 反应物 生成物 反应过程 E1 反应热 逆反应的活化能 E2 正反应的活化能 如何利用活化能求ΔH 反应焓变的计算 ΔH = 生成物的总能量-反应物的总能量 ΔH = 反应物的总键能-生成物的总键能 ΔH = 正反应活化能-逆反应活化能 练3 C 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 活化能大的反应和活化能小的反应哪个容易发生，为什么？ 活化能代表普通分子转变成活化分子需要吸收的能量。活化能越高，普通分子想要变成活化分子，就要吸收更多的能量，体系当中活化分子占比就越少，有效碰撞的机会也就越少，整个反应就越难发生。 活化能越高，活化分子数目越少 类比：多人骑车爬坡 我们再来打个比方，多人骑车爬坡，坡度越高，骑上去的人越少，活化分子少， 活化分子数目越多，有效碰撞次数越多，反应速率越快 多人骑车爬坡 有足够力量投篮的人 好比活化分子 ✅足够力量的人越多 → 整体进球概率越高 ✅活化分子越多 → 有效碰撞机会越多 → 反应速率越快 请尝试应用碰撞理论模型解释增大反应物浓度、通过压缩容器体积增大压强、升高温度、加入催化剂 如何影响反应的活化能？ 如何影响单位体积活化分子数？ 又如何影响反应速率的呢？ 并完成学案上的表格？ 分子总数:20 活化分子数:6 活化分子%: 分子总数:10 活化分子数:3 活化分子%: 浓度↑ 30% 30% 1.用碰撞理论解释浓度对速率的影响： 单位体积内活化分子数目增加 单位时间内有效碰撞次数增加 化学反应速率加快 我给大家举个很贴近生活的例子，就拿咱们班和隔壁班来说。两个班的生源水平几乎是一样的，两年之后，每个班同学考上985的概率假设都是50%。也就是说，不管是咱们班，还是隔壁班，能考上的同学占本班总人数的比例是固定的50%。 现在，我把隔壁班所有同学，全部都请到咱们这间教室里面来。大家想一想，现在咱们这个教室里，能够考上985的总人数是不是变多了？ 但是，能考上985的同学占教室里总人数的百分比，有没有发生变化？依旧还是50%，比例不变。 对应到化学反应当中，增大反应物浓度，就相当于往“教室”这个体积里面，塞进更多的分子。 👉单位体积内活化分子的数目会增多，但是活化分子的百分数保持不变。 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% 2.用碰撞理论解释温度对速率的影响： 温度↑ 普通分子获得能量，变成活化分子 单位体积内活化分子数目增加 单位时间内有效碰撞次数增加 化学反应速率加快 （1）适用于任何体系的反应 （2）无论吸热反应、还是放热反应，温度↑，v都↑； （3）若是可逆反应，温度↑，v正、v逆都↑ （4）温度每升高10℃，反应速率增加为原来的2~4倍； 影响规律： 压缩体积 压强↑ 3.用碰撞理论解释压强对速率的影响： 单位体积内活化分子数目增加 单位时间内有效碰撞次数增加 化学反应速率加快 3. 碰撞理论如何解释压强对速率的影响呢？ 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% 加入催化剂 4.用碰撞理论解释催化剂对速率的影响： 单位体积内活化分子数目增加 单位时间内有效碰撞次数增加 化学反应速率加快 使用催化剂 活化分子数目增加，活化分子百分数增加 单位时间有效碰撞次数增加 化学反应速率增大 反应活化能降低 4.用碰撞理论解释催化剂对速率的影响： 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）催化剂参与化学反应，改变反应的活化能、可以改变反应历程、改变达到反应限度的时间、改变单位时间内的转化率。 （2）催化剂不改变△H、不改变反应的限度（即平衡转化率）、不能作用于不发生的反应 催化剂能改变什么，不能改变什么？ 条件变化 活化能 分子 总数 活化分子数目 活化 分子百分数 单位体积内活化分子数目 单位时间/体积内有效碰撞次数 化学反应速率 增大 浓度 增大 压强 升高 温度 使用 催化剂 增加 增加 不变 增加 增加 增大 增大 增大 增大 不变 不变 不变 增加 增加 不变 增加 增加 不变 增加 增加 增加 增加 增加 增加 不变 不变 不变 降低 练4（25-26高二上·天津河北·阶段检测）反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示，“·”表示反应物或生成物吸附在催化剂表面。 下列有关四种不同反应进程的说法正确的是( ) A．进程IV中，Z没有催化作用               B．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ             C．平衡时S的转化率：Ⅱ>I A D 3.反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：   积碳反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g) 消碳反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH/(kJ·mol－1) 75 172 活化能/ (kJ·mol－1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 由上表判断，催化剂X______(填“优于”或“劣于”)Y，理由是_______________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 劣于 催化剂X较催化剂Y， 积碳反应时，活化能低，反应速率大，消碳反应时，活化能高，反应速率小，综合考虑，催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应，不利于消碳反应，会降低催化剂活性 36 课堂小结 $