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第二章
化學反應速率與化學平衡
第一節　化學反應速率
課題3　外界條件對化學反應速率影響的理論探究
內容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 知道活化分子、有效碰撞、活化能的涵義及其對化學反應速率的影響。
2. 能用有效碰撞理論解釋外界條件對化學反應速率的影響。
活 動 方 案
閱讀下列資料，回答有關問題。
有效碰撞理論：研究發現，大多數化學反應并不是經過簡單碰撞就能完成的，而是往往經過多個反應步驟才能實現。例如，2HI===H2＋I2實際上是經過下列兩步反應完成的：
①2HI―→H2＋2I·(I·是自由基，是指帶單電子的原子或原子團)；②2I·―→I2。
每一步反應都稱為基元反應，這兩個先后進行的基元反應反映了2HI===H2＋I2的反應歷程(又稱反應機理)。
活動一：通過“有效碰撞理論”認識活化分子、有效碰撞的涵義
(1) 基元反應發生的先決條件是反應物分子間必須發生碰撞，分子間碰撞的頻率越高，則反應速率越大。(2) 反應物分子間并非每次碰撞都會導致反應的發生，只有少數碰撞會導致反應的發生，多數分子間的碰撞并不發生反應，能發生反應的碰撞稱為有效碰撞。(3) 發生有效碰撞的分子必須具有足夠的能量，這種分子叫作活化分子。(4) 發生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子只有在合適取向時發生的碰撞才稱為有效碰撞。
右圖是HI分解反應中HI分子之間的幾種碰撞示意圖。
1. 其中屬于有效碰撞的是“A”“B”或“C”中的哪一幅？
【答案】 C
2. 另外兩種沒有發生有效碰撞的原因可能是什么？(解釋時必須使用“活化分子”“碰撞取向”等術語，下同)
【答案】 A中分子碰撞取向好，但分子能量較低，不是活化分子；B中的分子盡管可能是活化分子，但分子的碰撞取向不好。
3. 發生有效碰撞要具備的條件是什么？
【答案】 活化分子只有在合適的碰撞取向時發生的碰撞，才是有效碰撞。
【答案】 反應②
1. 閱讀下列資料，然后回答問題。
過渡態理論：化學反應并不是通過簡單的碰撞就能完成的，而是在反應物到生成物的過程中經過一個高能量的過渡態。從反應物狀態到過渡態所吸收的能量為發生該反應所需的活化能。活化能降低時，能量不足的分子就有可能變成活化分子，從而使有效碰撞的幾率提高，反應速率增大。
活動二：通過“過渡態理論”認識活化能的涵義
右圖是通常情況下，NO2和CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖。
(1) 該反應的活化能是多少？
【答案】 134 kJ·mol－1
(2) 請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式。
【答案】 NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1
(3) 在圖上用虛線畫出使用催化劑后的物質能量與反應進程關系的曲線。
【答案】
2. 一個化學反應由幾個基元反應完成，
每一個基元反應都經歷一個過渡態，即達到
該過渡態所需要的活化能。基元反應活化能
越大，反應物到達過渡態就越不容易，該基
元反應的速率就越慢。一個化學反應的速率
就取決于速率最慢的基元反應。某反應A＋
B→D由如下兩步基元反應構成，每步基元反應的能量與反應過程的關系如右圖所示。
①A＋B→C；
②C→D。
上述兩個基元反應中決定A＋B→D反應速率的是哪一步反應？
【答案】 反應①
1. 請你使用有關概念解釋其他條件相同時，為什么增大反應物濃度會使化學反應速率增大？
【答案】 其他條件相同時，反應物濃度增大，單位體積內活化分子數增多，單位時間內有效碰撞幾率增加，化學反應速率增大。
2. 請你使用有關概念解釋其他條件相同時，為什么通過縮小容器體積來增大壓強會使化學反應速率增大？
【答案】 其他條件相同時，縮小容器體積，壓強增大，單位體積內活化分子數增多，單位時間內有效碰撞幾率增加，化學反應速率增大。
活動三：用活化分子、有效碰撞、活化能等概念解釋影響化學反應速率的因素
3. 請你使用有關概念解釋其他條件相同時，為什么升高溫度會使化學反應速率增大？
【答案】 其他條件相同時，升高溫度，一方面反應物分子的能量增加，一部分原來能量較低的分子變成活化分子，反應物分子中活化分子百分數提高(這是反應速率增大的主要原因)；另一方面，升高溫度，分子的運動加快，單位時間內反應物分子間的碰撞頻率提高。這兩方面原因都使分子間有效碰撞的幾率提高，化學反應速率增大。
4. 請你使用有關概念解釋其他條件相同時，為什么使用催化劑會使化學反應速率增大？
【答案】 在其他條件相同時，使用催化劑，使發生反應所需的活化能降低，反應體系中活化分子的百分數提高，有效碰撞幾率提高，化學反應速率增大。
活動四：歸納提高化學反應速率所采取的途徑
課 堂 反 饋
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1. (2023宜賓四中開學考試)已知：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH，反應過程中生成 1 mol CH3OH(g)的能量變化如圖所示。曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示無或有催化劑兩種情況。下列判斷正確的是(　 　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A. 加入催化劑，ΔH變小
B. ΔH＝＋91 kJ·mol－1
C. 正、逆反應的活化能相等
D. 曲線Ⅱ表示加入了催化劑
【答案】　D
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2.下列說法不正確的是(　 　)
A. 活化分子一定能發生有效碰撞
B. 升高溫度增大了活化分子百分數
C. 催化劑能夠改變化學反應途徑
D. 增大壓強能提高活化分子的濃度
【答案】　A
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3.下列說法正確的是(　 　)
A. 增大反應物濃度，可增大單位體積內活化分子的百分數，從而增加有效碰撞次數，增大反應速率
B. 對于有氣體參加的化學反應，若增大壓強，可增大活化分子的百分數，從而使反應速率增大
C. 改變條件能使化學反應速率增大的主要原因是增大了反應物分子中活化分子的有效碰撞幾率
D. 對于本來不能發生的化學反應，改變條件就可以使反應發生
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【答案】　C
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4.下列說法正確的是(　 　)
A. Fe和Mg與0.1 mol·L－1的鹽酸反應，反應速率相同
B. 0.1 mol·L－1鹽酸與0.1 mol·L－1H2SO4分別與大小、形狀相同的大理石反應，反應速率相同
C. 催化劑能降低分子活化時所需能量，使單位體積內活化分子百分數大大增加
D. 100 mL 2 mol·L－1鹽酸與鋅片反應，加入適量的NaCl溶液，反應速率不變
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【答案】　C
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下列有關說法正確的是(　 　)
A. NO是反應①的催化劑
B. 反應①的活化能為196 kJ·mol－1
C. 反應速率與NO的濃度無關
D. 開始時加入NO2不能增大反應①的速率
1
【答案】　A
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6.科學家結合實驗和計算機模擬結果，研究了在貴重金屬催化劑表面上的氣態體系中，CO(g)還原NO(g)得到1 mol N2(g)和2 mol CO2(g)的能量變化與反應過程的關系如圖所示。
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(1) 寫出該反應的熱化學方程式。
1
【答案】 2NO(g)＋2CO(g)===2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝(Ed－Ea)
kJ·mol－1
(2) 決定該反應快慢的是哪一步反應過程？
【答案】 過程①
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