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第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率
第2課時(shí) 活化能
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的；認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，能從控制化學(xué)反應(yīng)速率的角度分析和選擇反應(yīng)條件。
2．能根據(jù)簡單的碰撞理論說明溫度、濃度、催化劑等是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的。體會(huì)理論模型的構(gòu)建過程，強(qiáng)化模型認(rèn)知意識(shí)。
思考與交流　
1.化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是什么？
反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵的斷裂，生成物中新化學(xué)鍵的形成
2.分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件是什么？
分子相互碰撞是引發(fā)反應(yīng)的必要條件。
3.反應(yīng)分子的每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？
大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)并不是經(jīng)過簡單碰撞就能完成的，而往往經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)。
一、有效碰撞理論
1．基元反應(yīng)和反應(yīng)歷程
分兩步
2HI → H2＋2I·
2I· → I2
自由基
2HI===H2＋I(xiàn)2
帶有單電子的原子或原子團(tuán)
基元反應(yīng)
反應(yīng)機(jī)理
大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)往往經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)，每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)。
先后進(jìn)行的基元反應(yīng)反映了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)歷程，反應(yīng)歷程又稱反應(yīng)機(jī)理。
反應(yīng)不同，反應(yīng)歷程也不相同
同一反應(yīng)，在不同條件下，反應(yīng)歷程也可能不同
反應(yīng)歷程的差別造成了化學(xué)反應(yīng)速率的不同
對(duì)于由多個(gè)基元反應(yīng)組成的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)的快慢由最慢的一步基元反應(yīng)決定
一、有效碰撞理論
2．基元反應(yīng)發(fā)生的條件
※ 先決條件是反應(yīng)物的分子必須發(fā)生碰撞 。
是什么啟動(dòng)了“基元反應(yīng)” ？
反應(yīng)分子的每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？
※ 反應(yīng)物分子必須具有一定的能量；
※ 碰撞時(shí)有合適的取向。
通常情況下，當(dāng)氣體的濃度為1 mol/L時(shí)，在每立方厘米、每秒內(nèi)反應(yīng)物分子間的碰撞可達(dá)到1028次。如果反應(yīng)物分子間的任何一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)的話，反應(yīng)只需10-5 s就可以完成。換言之，任何氣體的反應(yīng)均可以瞬間完成。但實(shí)際并非如此。
一、有效碰撞理論
3．有效碰撞
①概念：能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞
②條件：足夠的能量；合適的取向
③與反應(yīng)速率的關(guān)系：
碰撞的頻率越高，反應(yīng)速率越快
HI分解反應(yīng)中分子碰撞示意圖
活化分子
碰撞時(shí)能量不足
碰撞時(shí)取向不合適
有效碰撞
一、有效碰撞理論
4．活化分子和活化能
①活化分子：
具有較高能量，能夠發(fā)生有效碰撞的分子
注意：a.發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子；
b.活化分子的碰撞不一定是有效碰撞 （由于取向問題）
c.其他條件不變時(shí)，同一反應(yīng)活化分子在反應(yīng)物中所占的百分?jǐn)?shù)是一定的。
d.有效碰撞次數(shù)的多少與單位體積內(nèi)反應(yīng)物中活化分子的多少有關(guān)。
一、有效碰撞理論
4．活化分子和活化能
②活化能：活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差
E1：反應(yīng)的活化能
E2：活化分子變成生成物分子放出的能量
E1－E2：反應(yīng)熱
也可認(rèn)為逆反應(yīng)的活化能
[注意]
1.活化能由物質(zhì)本身的性質(zhì)決定；
2.不同反應(yīng)的活化能不一樣；
3.活化能越低，活化分子數(shù)越多，有效碰撞越多，化學(xué)反應(yīng)速率越快；
4.活化分子百分?jǐn)?shù)越多，有效碰撞越多，化學(xué)反應(yīng)速率越快；
活化分子百分?jǐn)?shù) =
活化分子數(shù)
反應(yīng)物分子數(shù)
×100%
碰撞理論：
發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
有效碰撞
活化分子
取向合適
取向不合適
活
化
能
不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
無效碰撞
普通分子
探究分析
能否用碰撞理論解釋：
當(dāng)其他條件相同時(shí)，為什么增大反應(yīng)物濃度化學(xué)反應(yīng)速率增大，而反之速率減小
升溫會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率增大，而降溫使速率減小
應(yīng)結(jié)合外界條件改變后，反應(yīng)物中單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目、
單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)及單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)來討論。
二、有效碰撞理論對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的解釋
1．濃度
(1)規(guī)律：其他條件不變時(shí)，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率增大；反之則速率減小。
(2)解釋：
增大
濃度
單位體積內(nèi)分子數(shù)增多
單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多
單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多
反應(yīng)速率增大
同理，可以解釋反應(yīng)物濃度降低會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小。
思考：反應(yīng)物分子中活化分子百分?jǐn)?shù)變了嗎？
二、有效碰撞理論對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的解釋
2．壓強(qiáng)（有氣體參加，壓強(qiáng)變化僅由容器容積變化引起的反應(yīng)）
(1)規(guī)律：其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大；反之則速率減小。
(2)解釋：
壓強(qiáng)增大
氣體體積
縮小
濃度
增大
單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多
單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多
反應(yīng)速率增大
即壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，可轉(zhuǎn)化成濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
二、有效碰撞理論對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的解釋
3．溫度
(1)規(guī)律：其他條件不變時(shí)，升溫，反應(yīng)速率增大；反之則速率減小。
(2)解釋：
升高溫度
反應(yīng)物分子能量增加
活化分子百分?jǐn)?shù)增多
單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多
反應(yīng)速率增大
同理，可以解釋降低溫度會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小。
二、有效碰撞理論對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的解釋
4．催化劑
(1)規(guī)律：其他條件不變，催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)速率。(通常指正催化劑)
(2)解釋：
催化劑
改變了反應(yīng)歷程，降低了活化能
活化分子百分?jǐn)?shù)增多
單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多
反應(yīng)速率增大
反應(yīng)熱△H
(不變)
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
飛秒化學(xué) —— 參照課本 P28
艾哈邁德·澤維爾（ ，Ahmed Hassan Zewail），埃及化學(xué)家，飛秒化學(xué)專家。他研究的技術(shù)能將研究化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間尺度縮減至飛秒，透過攝影將化學(xué)反應(yīng)中每個(gè)微細(xì)變化忠實(shí)地紀(jì)錄。
【小結(jié)】
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
影響 外因 單位體積內(nèi) 活化分子百分?jǐn)?shù) 有效碰撞頻率 化學(xué)反應(yīng)速率
分子總數(shù) 活化分子數(shù) 增大反應(yīng)物濃度
增大壓強(qiáng)
升高溫度
正催化劑
增加
增加
不變
增加
加快
增加
增加
不變
增加
加快
不變
增加
增加
增加
加快
不變
增加
增加
增加
加快
B
課堂練習(xí)1.下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率的說法正確的是（ ）
①恒溫時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率一定加快
②其他條件不變，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快
③使用催化劑可改變反應(yīng)速率，從而改變?cè)摲磻?yīng)過程中吸收或放出的熱量
④升高溫度能使化學(xué)反應(yīng)速率增大，主要原因是增大了反應(yīng)物分子中活化分子的百分?jǐn)?shù)
⑤有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，若增大壓強(qiáng)(即縮小反應(yīng)容器的體積)，可增加活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而使反應(yīng)速率增大
⑥增大反應(yīng)物濃度，可增大活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而使單位時(shí)間有效碰撞次數(shù)增多
⑦催化劑不參與反應(yīng)，但能降低活化能增大活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而增大反應(yīng)速率
A．②⑥ B．②④ C．②③⑤⑦ D．①②④⑤
C
課堂練習(xí)2.對(duì)于反應(yīng)2NO(g)＋2H2(g)→N2(g)＋2H2O(g)，科學(xué)家根據(jù)光譜學(xué)研究提出如下反應(yīng)歷程：
第一步：2NO N2O2快速平衡
第二步：N2O2＋H2→N2O＋H2O慢反應(yīng)
第三步：N2O＋H2→N2＋H2O快反應(yīng)
其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列敘述正確的是( )
A．若第一步反應(yīng)△H<0，則升高溫度，v正減小，v逆增大
B．第二步反應(yīng)的活化能大于第三步的活化能
C．第三步反應(yīng)中N2O與H2的每一次碰撞都是有效碰撞
D．反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有N2O2
D
課堂練習(xí)3.鹵代烴與端基炔(R＇C≡CH)催化偶聯(lián)反應(yīng)的一種機(jī)理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是( )
A．偶聯(lián)反應(yīng)中起催化作用的是M和CuI
B．R＇C≡CCu為該催化過程的中間產(chǎn)物
C．該偶聯(lián)反應(yīng)的原理為R＇C≡CH+RI→R＇C≡CR+HI
D．該催化機(jī)理改變了反應(yīng)路徑和反應(yīng)熱
C
課堂練習(xí)4.如圖(Ea表示活化能)是CH4與Cl2生成CH3Cl的部分反應(yīng)過程中各物質(zhì)物質(zhì)的能量變化關(guān)系圖，下列說法正確的是( )
A．Cl·可由Cl2在高溫條件下生成，是CH4與Cl2反應(yīng)的催化劑
B．升高溫度，活化分子的百分?jǐn)?shù)不變，但反應(yīng)速率加快
C．增大Cl2的濃度，可提高反應(yīng)速率，但不影響△H的大小
D．第一步反應(yīng)的速率大于第二步反應(yīng)
C
課堂練習(xí)5.金屬插入CH4的C-H鍵形成高氧化態(tài)過渡金屬化合物的反應(yīng)頻繁出現(xiàn)在光分解作用、金屬有機(jī)化學(xué)等領(lǐng)域，如圖是CH4與Zr形成過渡金屬化合物的過程。下列說法不正確的是( )
A．整個(gè)反應(yīng)快慢，由 CH2— Zr···H2→狀態(tài)2反應(yīng)決定
B．CH3—Zr···H→CH2 —Zr···H2 ΔH=+8.32 kJ mol-1
C．在中間產(chǎn)物中 CH3—Zr···H狀態(tài)最穩(wěn)定
D．Zr +CH4→CH—Zr···H3活化能為201. 84 kJ mol-1
C
課堂練習(xí)6.已知Cl2(g)+CO(g) COCl2(g)的速率方程 [k為速率常數(shù)，只受溫度影響]，該反應(yīng)可認(rèn)為經(jīng)過以下反應(yīng)歷程：
第一步：Cl2 2Cl 快速平衡
第二步：Cl+CO COCl 快速平衡
第三步：COCl+Cl2→COCl2+Cl 慢反應(yīng)
下列說法正確的是( )
A．第一步反應(yīng)和第二步反應(yīng)的活化能較高
B．c(CO)、c(Cl2)分別增大相同的倍數(shù)，對(duì)總反應(yīng)速率的影響程度相同
C．該總反應(yīng)的速率主要取決于第三步反應(yīng)
D．第三步反應(yīng)的有效碰撞頻率較大
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