活化能 导学案 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1+.docxVIP

2.1.3活化能

课标定向

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。(证据推理与模型认知)

2.了解活化能的含义,会用碰撞理论解释化学反应速率的影响因素,体会理论模型的构建过程。(证据推理与模型认知)

【教材认知·内化必备知识】

1.有效碰撞理论

(1)基元反应:大多数的化学反应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。

(2)反应机理:先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程,反应历程又称反应机理。

(3)基元反应发生的先决条件:基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞,但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应。

(4)有效碰撞:

(5)活化能和活化分子

活化

分子

能够发生有效碰撞的分子。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一定的

活化能

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

(6)反应物、生成物的能量与活化能的关系图

E1-E2是反应热,即ΔH=E1-E2

2.基元反应过渡状态理论

基元反应过渡状态理论认为,基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状态称为过渡态。

过渡态是反应过程中能量最高的一种状态,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高,此步基元反应速率越慢]。例如,一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br+OH-→[Br…CH3…OH]→Br-+CH3OH

3.有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释

浓

度

反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→反应速率增大;反之,反应速率减小

压

强

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增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→反应速率增大;反之,反应速率减小。即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

温

度

升高温度→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→反应速率增大;反之,反应速率减小

催

化

剂

使用催化剂→改变了反应的历程,反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的概率增加→反应速率加快。图示:

[思考]活化分子间的碰撞一定能发生化学反应吗?

提示:不一定。活化分子需要在合适的取向上碰撞才能发生化学反应。

【质疑辨析】

(1)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。(×)

提示:增大反应物的浓度,能够增大单位体积内活化分子总数,但不能增大活化分子的百分含量。

(2)催化剂能降低反应所需的活化能,但ΔH不会发生变化。(√)

提示:催化剂能降低反应所需的活化能,但ΔH不会发生变化,ΔH只与始态和终态有关,与反应的路径无关。

(3)升高温度,能够增大单位体积内活化分子数目,但不能增大活化分子的百分含量。(×)

提示:升高温度,能够增大单位体积内活化分子总数,也能增大活化分子的百分含量。

(4)发生有效碰撞的分子一定是活化分子。(√)

提示:只有活化分子才有足够的能量,发生有效碰撞。

【合作探究·形成关键能力】

探究任务:有效碰撞理论对影响化学反应速率的外界因素的解释

【导学探究】

为应对环境问题,国家提出了绿水青山就是金山银山的理念。氮氧化物的排放严重破坏臭氧层,NO催化O3分解的反应机理如下:

第一步:O3(g)+NO(g)→O2(g)+NO2(g)

第二步:NO2(g)→NO(g)+O(g)

第三步:O(g)+O3(g)→2O2(g)

总反应:2O3(g)→3O2(g)

其能量与反应历程的关系如图所示。

探究点一:知道基元反应活化能与化学反应速率关系

(1)以上三步基元反应活化能最大的是哪步?决速步是哪一步?

提示:第一步活化能最大。活化能越大,反应速率越慢,为决速步,所以决速步是第一步。

探究点二:学会用碰撞理论解释外界因素对化学反应速率的影响

(2)用有效碰撞理论解释,为什么使用合适的催化剂能增大化学反应速率?催化剂对正、逆反应的反应速率的改变程度是否相同?

提示:使用合适的催化剂,能降低反应的活化能,使更多的反应物分子变成活化分子,从而增大了单位体积内反应物分子中活化分子的数目,有效碰撞次数增多,反应速率增大。催化剂能同等程度地改变正、逆反应的反应速率。

【归纳总结】

1.化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系

活化分子的百分数越大,单位体积内活化分子数越多,单位时间内有效碰撞的次数越多,化学反应速率越快。如图所示:

2.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

3.活化能与化学反应速率的关系

一个化学反应往往由多步基元反应完成,活化能越大的基元反应,反应速率越慢。活化能最大的反应为决速步。

【针对训练】

(2024·武汉高二检测)化学反应:2H