人教版高中化学选择性必修1第二章第一节第3课时活化能反应机理基础课课件

第3课时活化能反应机理(基础课)第二章

化学反应速率与化学平衡第一节化学反应速率素养目标1．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；知道催化剂可以改变反应历程。2．能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的构建过程，强化模型认知意识。旧知回顾1．对于有气体参加的化学反应，在相同温度下，增大压强(减小容器容积)，反应速率增大；减小压强(增大容器容积)，反应速率减小。2．其他影响化学反应速率的因素：如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。3．催化剂影响化学反应的机理是降低活化能。知识点一基元反应与反应历程1．基元反应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。例如，2HI===H2＋I2实际上是经过下列两步反应完成的：_________________，____________。其中，每一步反应都称为__________，它反映了化学反应的__________。2HI―→H2＋2I·2I·―→I2基元反应反应历程2．反应历程先后进行的__________反映了化学反应的反应历程，反应历程又称__________。3．飞秒化学(1)基元反应的整个过程一般分为始态→过渡态(或中间体、中间产物)→终态。基元反应反应机理(2)跟踪和检测化学反应中某些寿命______的中间体或________，必须采用10-15～10-12s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。(3)对________________的研究被形象地称为飞秒(fs，1fs＝10-15s)化学。(4)飞秒化学对了解______________、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。极短过渡态超快速化学反应化学反应机理

①反应过程中CO2未全部断键而HI全部断键。 (

)②H…O…CO是HI与CO2双分子反应的过渡态产物。 (

)③观察到H…O…CO解离需用1ps，说明HI与CO2反应极快。 (

)④该反应的起点是HI的解离，终点是·OH与I·的结合。 (

)⑤中间产物H…O…CO属于有机化合物。 (

)⑥飞秒化学展现的反应历程为“化学反应的实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据。

(

)√√×√×√[解析]

①结合反应过程片段，HI分子中的H—I断裂，提供的H·与CO2反应，反应过程中H·＋CO2―→H…O…CO，CO2中的化学键部分断裂，HI全部断键，正确。②由反应过程可以看出HI分子中的H—I断裂，提供的H·与CO2反应生成H…O…CO，H…O…CO转化为·OH、CO，故H…O…CO是HI与CO2双分子反应的过渡态产物，正确。③观察到H…O…CO解离需用1ps，H…O…CO解离速率比较快，因为H·＋CO2―→H…O…CO反应的快慢不知，无法说明HI与CO2反应极快，错误。④该反应的起点是HI的解离生成H·、I·，终点是·OH与I·的结合，正确。⑤中间产物H…O…CO，不属于有机化合物，错误。⑥飞秒化学展现的反应历程中HI解离为H·和I·以及·OH与I·结合等均为“化学反应的实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据，正确。知识点二碰撞理论1．基元反应发生的先决条件反应物的分子必须发生______，但并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生化学反应。碰撞2．有效碰撞3．活化能和活化分子(1)活化分子：能够发生__________的分子。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，叫作反应的活化能。有效碰撞一定平均能量4．反应物、生成物的能量与活化能的关系以下是HI分解反应中分子碰撞示意图：A碰撞时的能量不足，B碰撞时的取向不合适，C为有效碰撞。(1)图A中HI分子之间的碰撞为什么不能发生化学反应？(2)图B中HI分子为活化分子，它们之间碰撞后能否使HI发生分解反应？其原因是什么？(3)图C中HI分子间的碰撞使HI发生分解反应，其原因是什么？[提示]

(1)图A中分子碰撞时能量不足，它们之间的碰撞为无效碰撞，不能使HI发生化学反应。(2)不能；因为活化分子碰撞时还要有合适的取向，而图B中的碰撞取向不合适；这种碰撞是无效碰撞，不能使HI发生分解反应。(3)活化分子碰撞时有合适的取向，这样碰撞能使HI分子内的共价键断裂形成自由基(I·)，然后自由基结合生成分子，从而发生化学反应。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 (

)(2)活化分子间的碰撞一定是有效碰撞。 (

)(3)活化分子间每次碰撞都发生化学反应。 (

)(4)能发生有效碰撞的分子必须具有足够高的能量。 (

)(5)当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应。

(

)√××√√2．一定条件下，CH4分解形成碳的反应过程如图所示。下列有关说法不正确的是(

)A．该反应为吸热反应B．该反应过程共分4步进行C．第三步的正反应活化能最小D．第二步反应的ΔH2小于第三步反应的ΔH3√D

[该反应反应物的总能量小于生成物的总能量，故为吸热反应，A正确；该反应过程中4个H原子逐步失去，故共分4步进行，B正确；由图像可知，第三步的正反应活化能最小，C正确；由图像可知，第二步反应的ΔH2大于0，第三步反应的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D错误。]知识点三运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响1．浓度当其他条件相同时，反应物浓度增大→单位体积内活化分子数______→单位时间内有效碰撞的次数______→化学反应速率______；反之，化学反应速率______。增多增加增大减小2．压强(适用于有气体参加的反应)当其他条件相同时，增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数______→单位时间内有效碰撞的次数______→化学反应速率______；反之，化学反应速率______。压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。增多增加增大减小3．温度微观解释：当其他条件相同时，升高温度→活化分子的百分数______→单位时间内有效碰撞的次数______→化学反应速率______；反之，化学反应速率______。增大增加增大减小4．催化剂当其他条件相同时，使用催化剂→改变了反应的历程(如图)，反应的活化能______→活化分子的百分数______→单位时间内有效碰撞的次数______→化学反应速率______。降低增大增加增大如图是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。回答下列问题：(1)为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？(2)增大压强一定能增大反应速率，减小压强一定能减小反应速率吗？为什么？如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？(3)为什么温度的变化会影响化学反应速率？(4)催化剂对化学反应速率的影响有何特点？[提示]

(1)其他条件不变，当增大反应物的浓度时，单位体积内活化分子的数量增加，有效碰撞的频率增大，导致化学反应速率增大。(2)其他条件不变时，增大压强不一定增大反应物的浓度，单位体积内活化分子的数量不一定增加，有效碰撞的频率不一定增大，反应速率不一定增大。其他条件不变时，减小压强不一定减小反应物的浓度，单位体积内活化分子的数量不一定减少，有效碰撞的频率不一定减小，反应速率不一定减小。所以，只有改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。(3)其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大。(4)不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)活化能大的反应一定是吸热反应。 (

)(2)碰撞次数多，反应速率快。

(

)(3)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化。 (

)(4)只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞。 (

)××××2．有气体参加的反应中，能使单位体积内反应物中活化分子数和活化分子百分数都增大的方法是(

)①增大反应物浓度②增大压强③升高温度④加入催化剂A．①②③

B．②③④

C．①③④

D．③④√D

[①增大反应物的浓度和②增大压强，只能增大单位体积内活化分子数，不能增大活化分子百分数；而③升高温度和④加入催化剂既能增大单位体积内活化分子数，又能增大活化分子百分数，故D项符合题意。]3．过渡态理论认为化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)的反应历程如图，下列有关说法正确的是(

)C

[活化分子之间的碰撞不一定能发生反应，不一定是有效碰撞，故A项错误；活化配合物的能量越高，单位体积内的活化分子数目越少，有效碰撞的概率越小，第一步反应速率越慢，故B项错误；第一步反应断裂化学键，需要吸收能量，故C项正确；反应速率主要取决于慢反应的速率，故D项错误。]√A．第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞B．活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快C．第一步反应需要吸收能量D．该反应的反应速率主要取决于第二步反应知识点四催化机理与反应历程1．催化剂特点(1)催化剂具有高效性和______性，某种催化剂对某一反应可能催化活性很强，但对其他反应不一定具有催化作用，可以选用______________来调控反应。(2)催化剂的催化活性除了与自身成分有关外，还与粒径、合成方法等因素以及温度、压强等条件有关，催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内，温度过高，催化活性______。选择合适的催化剂降低2．催化剂与反应历程(1)催化反应历程可表示为扩散→吸附→断键→成键→脱附。(2)催化剂通过参与反应改变__________、______反应的活化能来加快反应速率。活化能越大，反应越____进行。(3)复杂反应中的速率控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)____的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能____的反应速率改变程度大。反应历程降低难大大1．氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。√下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是(

)A．④③①②

B．③④①②C．③④②① D．④③②①A

[物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都是由两个原子构成，它们吸附在固体催化剂的表面会分解成单个的原子，原子再组合成氨分子，然后从固体催化剂表面脱附出去。]2．氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O===2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：第一步：I2(g)―→2I(g)(快反应)第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)下列说法错误的是(

)A．第二步对分解反应速率起决定作用B．I2浓度与N2O分解速率无关C．慢反应的活化能高于快反应的活化能D．第二步反应中I(g)作还原剂√B

[A.慢反应决定总反应速率，A正确；B.I2浓度越大，快反应I2(g)―→2I(g)的反应速率越快，单位时间内生成的I(g)浓度越大，N2O分解速率越大，B错误；C.慢反应的活化能高于快反应的活化能，C正确；D.第二步反应中I(g)失去电子，作还原剂，D正确。]3．NO催化O3生成O2的过程由以下3步基元反应构成：第1步：NO(g)＋O3(g)―→O2(g)＋NO2(g)

ΔH1；第2步：NO2(g)―→NO(g)＋O(g)

ΔH2；第3步：O(g)＋O3(g)―→2O2(g)

ΔH3。下列说法正确的是(

)A．3步基元反应都是放热反应B．第1步是总反应的决速步C．该过程共有3种中间产物D．总反应2O3(g)===3O2(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2－ΔH3√B

[由题图可知，第1步反应中反应物的总能量小于生成物的总能量，为吸热反应，A错误；第1步正反应活化能最大，故第1步是总反应的决速步，B正确；由3步基元反应可知，该反应的中间体只有NO2和O两种，C错误；由盖斯定律可知，3步基元反应相加得总反应2O3(g)===3O2(g)，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，D错误。]随堂评估·知能落实1．化学反应是有反应历程的，下列有关叙述错误的是(

)A．所有的化学反应都由多个基元反应构成B．化学反应不同，反应历程就不相同C．反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程D．由多个基元反应构成的化学反应中，其快慢取决于反应历程中的慢反应√243题号15A

[A.某些反应是由多个基元反应构成的而还有一些反应其本身就是1个基元反应，A错误；B.每个化学反应都有自己独特的反应历程，反应历程互不相同，B正确；C.反应物的结构和反应条件共同决定该反应的反应热、反应方向和反应历程，C正确；D.慢反应由于反应时间较长，决定着由多个基元反应构成的化学反应的反应时间，D正确。]243题号152．有关碰撞理论，下列说法不正确的是(

)A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞不一定能发生化学反应B．增大反应物的浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞的次数增加，反应速率增大C．升高温度，活化分子百分数增加，有效碰撞的次数增加，反应速率增大D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞的次数增加，反应速率增大√243题号15B

[增大反应物的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内活化分子数增多，B错误。]

√243题号15C

[A.一个反应的反应速率主要由慢反应决定，则该反应的反应速率主要由第②步基元反应决定，A不正确；B.由反应机理可知，该反应的反应速率由第②步基元反应决定，增大SO2的浓度不能显著提升第②步基元反应的反应速率，B不正确；C.V2O5是反应的催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而提高该反应活化分子百分数，使有效碰撞次数增加，反应速率加快，C正确；D.只知道该反应的ΔH，无法计算该反应的正、逆反应的活化能，D不正确。]243题号1