高三化学一轮复习化学反应速率与反应历程课件

微专题

化学反应速率与反应历程学习目标1．能根据碰撞理论说明温度、浓度、催化剂等是如何影响化学反应速率的。体会理论模型的构建过程，强化模型认知意识；2．知道化学反应是有历程的；认识基元反应活化能对化学反应速率的影响；3.能根据过渡态理论理解催化剂可以改变反应历程，能从控制化学反应速率的角度分析和选择反应条件；4.理解速率方程，能运用速率方程进行简单计算。定性描述：化学反应特征现象出现的快慢定量描述：实验测定：控制单一变量，找与浓度相关可测量、

易操作变量化学反应速率ΔcΔt

υ＝ΔnVΔt＝影响因素内因：反应物自身的性质外因：浓度、压强、温度、催化剂等问题：浓度、压强、温度、催化剂等因素是怎样影响化学反应速率呢？环节一、回顾旧知——化学反应速率及其影响因素影响化学反应速率的因素内

因外

因接触面积催化剂压

强浓

度温

度回顾旧知——影响化学反应速率的因素

如何解释C、P、T及cat等因素对化学反应速率的影响呢?其他因素：光辐射、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场等问题：

2.分子间发生化学反应的必要条件是什么？1.化学反应的本质是什么？反应物中旧化学键的断裂，生成物中新化学键的形成资料卡片：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。反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。环节二——理论模型的建构例如：2HI=H2+I2

第一步：2HI→2I•+H2

第二步：2I•→I2

化学反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。但并不是每一次碰撞都能发生反应。发生有效碰撞的条件（1）发生碰撞的分子必须有足够高的能量；（2）分子发生碰撞时必须有合适的取向。a.力量不够b.取向不好c.有效碰撞（一）有效碰撞理论——有效碰撞的条件有效碰撞活化分子普通分子普通分子＋活化能活化分子(2)对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是

的。(2)活化能：活化分子具有的

与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。一定平均能量（一）有效碰撞理论——活化分子、活化能【思考】活化分子具有的高能量从何来?①吸收外界能量（如加热、光照等）；②分子间碰撞时，能量交换不均衡而出现较高能量的分子。（一）有效碰撞理论——活化能、反应焓（热）△HEa,活化分子最低（平均）能量反应物平均能量整个反应的快慢取决于能垒大的第一步基元反应阈能（一）有效碰撞理论——能量分布曲线Ea：普通分子转化为活化分子吸收的最小能量；Ec：阈能，活化分子具有的最低（平均）能量；A1/A2:温度为t1/t2时，活化分子的多少可由面积A1/A2反映出来。3、有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。越快有效碰撞

[小结]有效碰撞理论

化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系：活化分子百分数越大,单位体积内

越多，单位时间内

越多，化学反应速率

。新物质

一个反应经历的过程：普通分子活化能活化分子合理取向的碰撞有效碰撞能量活化分子数有效碰撞的次数越快

化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系：

反应条件对化学反应速率影响的理论解释：1、基元反应：通过一步碰撞直接转化为产物的反应称为基元反应，只由基元反应构成的化学反应称为简单反应，例如：NO2+CO=NO+

CO2。但大多数化学反应（复杂反应）并不是经过简单碰撞一次就能完成的，更多的化学反应过程要分为多个基元反应进行。再如：2HI=H2+I2

第一步：2HI→2I•+H2（慢）

第二步：2I•→I2

（快）

2、反应历程（反应机理）:

每一步反应都称为基元反应，两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应这两个先后进行的基元反应反映了2HI=H2+I2的反应历程，复杂反应的速率取决于慢的基元反应。（一）有效碰撞理论——基元反应、反应历程

反应机理——快反应与慢反应关键能力专项突破1.甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)：②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反应)③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反应)④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反应)已知在一个分步反应中，较慢的一步反应控制总反应的速率。下列说法不正确的是B.光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快C.反应②～④都是由微粒通过碰撞而发生的反应D.反应①是释放能量的反应√自由基反应反应机理——引发—链反应——终止1.H2与ICl的反应分两步完成，其能量曲线如图所示。反应①：H2(g)＋2ICl(g)===HCl(g)＋HI(g)＋ICl(g)反应②：HCl(g)＋HI(g)＋ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)下列有关说法不正确的是A.反应①②均是反应物总能量高于生成物总能量B.总反应的活化能为(E1＋E3)kJ·mol－1C.H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)

ΔH＝－218kJ·mol－1D.反应①的ΔH＝E1－E2√【思考】如何求总（复杂）的活化能反应?

反应机理——快反应与慢反应关键能力专项突破随堂练习在链反应或其它连续反应中，由于自由基等中间产物极活泼，浓度低，寿命又短，可以近似地认为在反应达到稳定状态后，它们的浓度基本上不随时间而变化，即d[M]/dt=0(M表示中间产物),这样的处理方法叫做稳态近似法（steadystateapproximation）。1.对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)，提出如下反应历程：第一步N2O5NO2＋NO3快速平衡第二步NO2＋NO3→NO＋NO2＋O2慢反应第三步NO＋NO3→2NO2快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步反应的平衡。下列表述正确的是A.v(第一步的逆反应)<v(第二步反应)B.反应的中间产物只有NO3C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D.第三步反应活化能较高√（二）过渡态理论——理论观点

过渡状态理论认为:反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成高能量活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要的一定的活化能，再转化成生成物。[过渡态理论是1935年由A.G.埃文斯和M.波拉尼提出的，研究有机反应中由反应物到产物的过程中过渡态的理论。过渡态理论又常被称为“绝对反应速率理论”]对于反应A+BC→AB+C，其实际过程是：A与B发生反应时，A与B接近并产生一定的作用力，同时B与C之间的键减弱；生成不稳定的[A···B···C]，称为过渡态，或者活性化合物。如右图所示，反应物A+BC和生成物AB+C均是能量低的稳定状态，过渡态是能量高的不稳定状态。在反应物能量很高的壁垒，过渡态是反应历程中能量最高的点。第一步反应的活化能比第二步反应大得多(ΔE1>ΔE2），因此，第一步反应需要更大的能量，第一步反应也比第二步反应慢得多。第一步反应是总反应速率的关键，称为反应速率决定步骤，第一步的过渡态称为速率决定过渡态。未使用催化剂时：反应A+B=AB的活化能为Ea使用催化剂K后：反应分两步（改变反应历程）第一步：A+K=AK，活化能为Eal（K是催化剂，前后质量不变；AK是中间产物）第二步：AK+B=AB+K活化能为Ea2总反应：A+B=AB两个分步反应的活化能都比原来的Ea要小，因此反应速率加快。

又因为Ea1>Ea2,所以第一步是慢反应，第二步是快反应。而整个反应的速率是由慢反应决定的，也叫“决速步骤”。中学阶段通常认为：第一步的活化能Ea1就是在催化剂条件下，整个反应的活化能。AK催化剂对反应速率的影响拓展总反应活化能是多少？Ea<0基元反应活化能：活化分子具有的平均能量与反应物（普通）分子具有的平均能量之差。实验研究表明，总反应活化能要通过实验测定，是若干基元反应活化能的某种数学关系综合的结果，已失去了明确的物理含义，仅是一表观量，称为表观活化能，也叫表观活化能或实验活化能。【其值通常用为决速步的最高能量与反应物初始能量的差值】未使用催化剂该反应活化能是多少？E0使用了催化剂，改变了历程，总反应活化能怎么算？E1？E3？E1+E3？Ea=E1-E2+E3深度思考4.水煤气变换【CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)】是重要的化工过程，我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物质用*标注。可知水煤气变换的ΔH

0(填“大于”“等于”或“小于”),该历程中最大能垒(活化能)E正=

eV，写出该步骤的化学方程式:

。小于2.02吸附脱附表面反应（基元反应）武汉9月调考化学吸附活性中间体（每步势能凹谷处）活化络合物（每步势能顶峰处）物理脱附三、速率方程（动力学方程）——质量作用定律对于反应:A→P,其速率方程微分式表示为：

速率方程是表达反应体系中各物质活度（通常用浓度表示）与反应速率的定量关系。对于反应:A+B→C+D,其速率方程可表达式为：k是速率常数，α+β为反应级数，只有基元反应或复杂反应的基元步骤，反应级数才和反应分子数相等。对于基元反应：aA+bB=cC+dD，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)。这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度幂之积成正比，有时称其为质量作用定律。速率常数:速率常数(k)：是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1（标准浓度）时的反应速率[单位浓度下的化学反应速率]。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。不同反应有不同的速率常数，速率常数与浓度无关,但受反应温度、反应介质（溶剂）、催化剂、固体表面性质等因素的影响，甚至会随反应器的形状、性质而异。三、速率方程——质量作用定律例题：已知反应：NO2+CO=NO+CO2，在不同温度下反应机理不同。①温度高于490K时，上述反应为简单反应，请写出其速率方程____________________。②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO2、NO3，用方程式表示反应历程。第一步：______________________（慢反应）；第二步：______________________（快反应）。v=k·c(NO2)·c(CO)

2NO2=NO+NO3

NO3+2CO=NO+CO2

【解析】（1）①基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，则温度高于490K时，简单反应NO2+CO=NO+CO2的速率方程为v=k·c(NO2)·c(CO)②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，根据速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反应的反应物为NO2，结合产物氮氧化物可知，其慢反应为：2NO2=NO+NO3，因总反应为NO2+CO=NO+CO2，则快反应为NO3+2CO=NO+CO2

速率方程的应用1.(1)已知：2N2O5(g)

2N2O4(g)＋O2(g)，起始时N2O5(g)为35.8kPa，分解的反应速率v＝2×10－3×kPa·min－1。t＝62min时，测得体系中

＝2.9kPa，则此时的

＝________kPa，v＝____________kPa·min－1。30.06.0×10－2所以

＝30.0kPa；v＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。关键能力专项突破(2)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)

H2(g)＋I2(g)，在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为_____(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝____________min－1。1.95×10－32.300℃时，2NO(g)＋Cl2(g)

2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得正反应速率和浓度的关系如下表：n＝_____；k＝_____________________。24.0×10－8L·mol－1·s－1序号c(ClNO)/(mol·L－1)v正/(mol·L－1·s－1)①0.303.60×10－9②0.601.44×10－8③0.903.24×10－8

速率方程的应用关键能力专项突破序号c(ClNO)/(mol·L－1)v正/(mol·L－1·s