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课时3 活化能
第二章 化学反应速率与化学平衡
1.了解活化分子、活化能及有效碰撞的简单概念。
2.理解反应历程及简单碰撞理论。
3.能用碰撞理论正确解释外界条件对化学反应速率的影响。
浓度
温度
催化剂
增大浓度，化学反应速率增大。
减小浓度，化学反应速率减小。
升高温度，化学反应速率增大。
降低温度，化学反应速率减小。
加入催化剂，化学反应速率显著增大
一般情况下，
其他条件相同时
在上节课的实验探究中，你用到了哪些科学方法？你得出了什么结论？
对于有气体参加的反应，改变压强同样可以改变化学反应速率。
如何解释这些因素对化学反应速率的影响呢？
一、基元反应与反应历程
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。
第一步：2HI → H2＋2I·
第二步：2I· → I2
2HI===H2＋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
第一步：2HI → H2＋2I·
第二步：2I· → I2
2HI===H2＋I2
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。
思考：一个化学反应的速率取决于速率最快还是最慢的基元反应？
一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应
1.每一步反应称为基元反应，多步基元反应反映了反应历程
2.基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞
3.微粒H·、O·、I·和·OH 等存在未成对电子，它们称为自由基
(H·和O·、I·也称为自由原子)。
注意事项：
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)
总反应速率的快慢由慢反应决定
AB＋C→[A…B…C]→A＋BC
反应物　 过渡态　　 产物
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。
基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，而并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。
任何一个基元反应都能发生吗？
二、有效碰撞和活化能
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
并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应，能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。
发生的条件
反应物分子必须具有一定的能量
合适的取向
气体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
力道不足
取向不对
力道、取向恰好
HI
HI
HI
HI
取向不对
碰撞无法发生反应
HI
HI
HI
HI
H2
I2
HI
HI
有效碰撞
发生反应
能量不足
碰撞无法发生反应
有效碰撞条件：足够的能量；合适的取向；与反应速率的关系：碰撞频率高，速率快
【图像表征】请阅读教材P26，讨论交流什么是活化分子，什么是活化能？
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
ΔH
0
具有足够的能量
能发生有效碰撞的分子
反应物分子
活化分子
有效碰撞
生成物分子
活化能
合适的取向
=E1-E2
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；
在其他条件不变时，同一反应的活化分子百分数是一定的。
④活化分子百分数=活化分子数/分子总数*100%
【注意】
【模型构建】
普通分子
吸收
活化能
活化分子
有效碰撞概率越大
反应速率越快
取向合理的
碰撞
有效碰撞
能量
新物质
思考，一个反应要发生一般要经历哪些过程？
三、碰撞理论解释化学反应速率的影响因素
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
活化分子
其他条件不变时
浓度增大
单位体积内
分子总数增多
单位体积内
活化分子数增多
单位时间内
有效碰撞次数变多
反应速率加快
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%
增大反应物浓度
1.浓度对反应速率的影响
2.温度对反应速率的影响
升高温度
更多的分子吸收能量
变为活化分子
温度升高
活化分子百分数增大
单位体积分子总数不变，
而单位体积活化分子数增多
单位时间内
有效碰撞次数变多
反应速率加快
升高温度
活化分子
其他条件不变时
其它条件不变时
增大压强
活化分子
增大压强(压缩体积)
活化分子百分数不变
单位体积分子总数增加，
单位体积活化分子数增加，
单位时间内
有效碰撞次数变多
反应速率加快
3.压强对反应速率的影响——恒温加压
充入惰性气体/非反应气体
活化分子百分数不变
单位体积分子总数虽增加，但反应物的分子总数不变，反应物浓度不变，单位体积活化分子数不变。
单位时间内
有效碰撞次数不变
反应速率不变
活化分子
容器的容积不变
充入非反应气体
非反应气体
/惰性气体
3.压强对反应速率的影响——恒温恒容
充入惰性气体/非反应气体
活化分子百分数不变
容器体积增加，反应物的分子总数不变，反应物浓度减小，单位体积活化分子数减小。
单位时间内
有效碰撞次数减小
反应速率减小
活化分子
容器内压强不变
充入非反应气体
非反应气体
/惰性气体
3.压强对反应速率的影响——恒温恒压
过渡态理论：
反应物分子并不只是通过简单的碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。
这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。
过渡态
终态
始态
4.催化剂对反应速率的影响
当其他条件相同时
使用催化剂，降低反应的活化能
→单位体积内分子总数目不变，但是
活化分子数增多(活化分子百分数增多)
→单位时间内有效碰撞次数增多
→化学反应速率增大
研究表明，催化剂可以改变反应历程，改变反应的活化能。
用催化剂后，反应分两步，经历2个基元反应后完成（历程改变）
Ea1
Ea2
用催化剂后，活化能由Ea2变为Ea1，活化能减小
4.催化剂对反应速率的影响
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 增大反应物浓度
增大压强 （压缩体积）
升高温度
使用催化剂
增加
增加
不变
不变
增加
增加
增加
增加
不变
不变
增加
增加
增加
增加
增加
增加
加快
加快
加快
加快
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。
飞秒化学
飞秒激光
冲刺时间分辨技术
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
2.ICl与H2能发生反应H2(g)+2ICl(g)=I2(g)+2HCl(g)　ΔH<0。
已知:①该反应由两个基元反应分步完成,第一步:H2+ICl=HI+HCl;
②两步反应的活化能分别为Ea1、Ea2,且Ea1>Ea2。
下列判断正确的是 (　 )
A.第一步反应不是氧化还原反应
B.已知键能：H—H>I—I，可推知键能：H—Cl>I—Cl
C.第一步的化学反应速率大于第二步的化学反应速率
D.第二步的化学方程式为HI+ICl=I2+2HCl
B
3.在体积可变的容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，当缩小容器体积使压强增大时，化学反应速率加快，其根本原因是(　　)
A.分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多
B.反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多
C.分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞
D.活化分子百分数不变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多
D
A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B.图乙中HI分子发生了有效碰撞
C.盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零
D.增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，
单位时间内有效碰撞次数增加
4.我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞；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；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。下列说法不正确的是( )
B
图乙
Ⅰ
Ⅱ
图甲
√
×
√
√
增大反应物浓度
单位体积内
活化分子数增大
(活化分子百分数不变)
增大气体压强
单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多
增大化学反应速率
单位体积内
活化分子百分数增大
升高温度
(体系能量升高)
催化剂
(活化能降低)

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