人教版高中化學(xué)選擇性必修1第二章第一節(jié)第3課時(shí)活化能反應(yīng)機(jī)理基礎(chǔ)課課件

第3課時(shí)活化能反應(yīng)機(jī)理(基礎(chǔ)課)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)速率素養(yǎng)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。2．能用簡(jiǎn)單碰撞理論說(shuō)明反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，體會(huì)理論模型的構(gòu)建過(guò)程，強(qiáng)化模型認(rèn)知意識(shí)。舊知回顧1．對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，在相同溫度下，增大壓強(qiáng)(減小容器容積)，反應(yīng)速率增大；減小壓強(qiáng)(增大容器容積)，反應(yīng)速率減小。2．其他影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素：如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)、高速研磨等?？傊?，向反應(yīng)體系輸入能量，都有可能改變化學(xué)反應(yīng)速率。3．催化劑影響化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理是降低活化能。知識(shí)點(diǎn)一基元反應(yīng)與反應(yīng)歷程1．基元反應(yīng)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)并不是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單碰撞就能完成的，而往往經(jīng)過(guò)多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)。例如，2HI===H2＋I(xiàn)2實(shí)際上是經(jīng)過(guò)下列兩步反應(yīng)完成的：_________________，____________。其中，每一步反應(yīng)都稱為_(kāi)_________，它反映了化學(xué)反應(yīng)的__________。2HI―→H2＋2I·2I·―→I2基元反應(yīng)反應(yīng)歷程2．反應(yīng)歷程先后進(jìn)行的__________反映了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)歷程，反應(yīng)歷程又稱__________。3．飛秒化學(xué)(1)基元反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程一般分為始態(tài)→過(guò)渡態(tài)(或中間體、中間產(chǎn)物)→終態(tài)。基元反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理(2)跟蹤和檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)中某些壽命______的中間體或________，必須采用10-15～10-12s的時(shí)間分辨技術(shù)，可以分辨分子、原子飛秒級(jí)變動(dòng)圖像的激光脈沖技術(shù)，可以跟蹤、觀察基元反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程。(3)對(duì)________________的研究被形象地稱為飛秒(fs，1fs＝10-15s)化學(xué)。(4)飛秒化學(xué)對(duì)了解______________、控制反應(yīng)進(jìn)程、充分利用物質(zhì)和能源等非常重要。極短過(guò)渡態(tài)超快速化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

①反應(yīng)過(guò)程中CO2未全部斷鍵而HI全部斷鍵。 (

)②H…O…CO是HI與CO2雙分子反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)產(chǎn)物。 (

)③觀察到H…O…CO解離需用1ps，說(shuō)明HI與CO2反應(yīng)極快。 (

)④該反應(yīng)的起點(diǎn)是HI的解離，終點(diǎn)是·OH與I·的結(jié)合。 (

)⑤中間產(chǎn)物H…O…CO屬于有機(jī)化合物。 (

)⑥飛秒化學(xué)展現(xiàn)的反應(yīng)歷程為“化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù)。

(

)√√×√×√[解析]

①結(jié)合反應(yīng)過(guò)程片段，HI分子中的H—I斷裂，提供的H·與CO2反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中H·＋CO2―→H…O…CO，CO2中的化學(xué)鍵部分?jǐn)嗔?，HI全部斷鍵，正確。②由反應(yīng)過(guò)程可以看出HI分子中的H—I斷裂，提供的H·與CO2反應(yīng)生成H…O…CO，H…O…CO轉(zhuǎn)化為·OH、CO，故H…O…CO是HI與CO2雙分子反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)產(chǎn)物，正確。③觀察到H…O…CO解離需用1ps，H…O…CO解離速率比較快，因?yàn)镠·＋CO2―→H…O…CO反應(yīng)的快慢不知，無(wú)法說(shuō)明HI與CO2反應(yīng)極快，錯(cuò)誤。④該反應(yīng)的起點(diǎn)是HI的解離生成H·、I·，終點(diǎn)是·OH與I·的結(jié)合，正確。⑤中間產(chǎn)物H…O…CO，不屬于有機(jī)化合物，錯(cuò)誤。⑥飛秒化學(xué)展現(xiàn)的反應(yīng)歷程中HI解離為H·和I·以及·OH與I·結(jié)合等均為“化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù)，正確。知識(shí)點(diǎn)二碰撞理論1．基元反應(yīng)發(fā)生的先決條件反應(yīng)物的分子必須發(fā)生______，但并不是反應(yīng)物分子的每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。碰撞2．有效碰撞3．活化能和活化分子(1)活化分子：能夠發(fā)生__________的分子。對(duì)于某一化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，在一定條件下，反應(yīng)物分子中活化分子的百分?jǐn)?shù)是______的。(2)活化能：活化分子具有的__________與反應(yīng)物分子具有的平均能量之差，叫作反應(yīng)的活化能。有效碰撞一定平均能量4．反應(yīng)物、生成物的能量與活化能的關(guān)系以下是HI分解反應(yīng)中分子碰撞示意圖：A碰撞時(shí)的能量不足，B碰撞時(shí)的取向不合適，C為有效碰撞。(1)圖A中HI分子之間的碰撞為什么不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？(2)圖B中HI分子為活化分子，它們之間碰撞后能否使HI發(fā)生分解反應(yīng)？其原因是什么？(3)圖C中HI分子間的碰撞使HI發(fā)生分解反應(yīng)，其原因是什么？[提示]

(1)圖A中分子碰撞時(shí)能量不足，它們之間的碰撞為無(wú)效碰撞，不能使HI發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(2)不能；因?yàn)榛罨肿优鲎矔r(shí)還要有合適的取向，而圖B中的碰撞取向不合適；這種碰撞是無(wú)效碰撞，不能使HI發(fā)生分解反應(yīng)。(3)活化分子碰撞時(shí)有合適的取向，這樣碰撞能使HI分子內(nèi)的共價(jià)鍵斷裂形成自由基(I·)，然后自由基結(jié)合生成分子，從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子。 (

)(2)活化分子間的碰撞一定是有效碰撞。 (

)(3)活化分子間每次碰撞都發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 (

)(4)能發(fā)生有效碰撞的分子必須具有足夠高的能量。 (

)(5)當(dāng)碰撞的分子具有足夠的能量和適當(dāng)?shù)娜∠驎r(shí)，才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(

)√××√√2．一定條件下，CH4分解形成碳的反應(yīng)過(guò)程如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(

)A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．該反應(yīng)過(guò)程共分4步進(jìn)行C．第三步的正反應(yīng)活化能最小D．第二步反應(yīng)的ΔH2小于第三步反應(yīng)的ΔH3√D

[該反應(yīng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，故為吸熱反應(yīng)，A正確；該反應(yīng)過(guò)程中4個(gè)H原子逐步失去，故共分4步進(jìn)行，B正確；由圖像可知，第三步的正反應(yīng)活化能最小，C正確；由圖像可知，第二步反應(yīng)的ΔH2大于0，第三步反應(yīng)的ΔH3小于0，故ΔH2大于ΔH3，D錯(cuò)誤。]知識(shí)點(diǎn)三運(yùn)用碰撞理論解釋外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1．濃度當(dāng)其他條件相同時(shí)，反應(yīng)物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)______→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學(xué)反應(yīng)速率______；反之，化學(xué)反應(yīng)速率______。增多增加增大減小2．壓強(qiáng)(適用于有氣體參加的反應(yīng))當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)→氣體體積縮小→反應(yīng)物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)______→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學(xué)反應(yīng)速率______；反之，化學(xué)反應(yīng)速率______。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。增多增加增大減小3．溫度微觀解釋：當(dāng)其他條件相同時(shí)，升高溫度→活化分子的百分?jǐn)?shù)______→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學(xué)反應(yīng)速率______；反之，化學(xué)反應(yīng)速率______。增大增加增大減小4．催化劑當(dāng)其他條件相同時(shí)，使用催化劑→改變了反應(yīng)的歷程(如圖)，反應(yīng)的活化能______→活化分子的百分?jǐn)?shù)______→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學(xué)反應(yīng)速率______。降低增大增加增大如圖是投籃球的三種情況：第一種，能量不夠；第二種，方向不合適；第三種，足夠的能量和合適的方向。化學(xué)反應(yīng)也有類似的情況，碰撞理論認(rèn)為改變外界條件可使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)改變，從而使反應(yīng)速率改變?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)為什么增大反應(yīng)物的濃度會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？(2)增大壓強(qiáng)一定能增大反應(yīng)速率，減小壓強(qiáng)一定能減小反應(yīng)速率嗎？為什么？如何理解“改變體系壓強(qiáng)可改變反應(yīng)速率”？(3)為什么溫度的變化會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率？(4)催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響有何特點(diǎn)？[提示]

(1)其他條件不變，當(dāng)增大反應(yīng)物的濃度時(shí)，單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)量增加，有效碰撞的頻率增大，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率增大。(2)其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)不一定增大反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)量不一定增加，有效碰撞的頻率不一定增大，反應(yīng)速率不一定增大。其他條件不變時(shí)，減小壓強(qiáng)不一定減小反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)量不一定減少，有效碰撞的頻率不一定減小，反應(yīng)速率不一定減小。所以，只有改變了壓強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度改變時(shí)，才能改變化學(xué)反應(yīng)速率。(3)其他條件不變時(shí)，升高溫度，可以使反應(yīng)物分子能量增大，一部分原來(lái)能量較低的普通分子變成活化分子，使活化分子百分?jǐn)?shù)增加，有效碰撞次數(shù)增多，化學(xué)反應(yīng)速率增大。(4)不同的催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的催化效果不同。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)活化能大的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)。 (

)(2)碰撞次數(shù)多，反應(yīng)速率快。

(

)(3)催化劑能降低反應(yīng)所需的活化能，ΔH也會(huì)發(fā)生變化。 (

)(4)只要條件合適，普通分子之間的碰撞也可能是有效碰撞。 (

)××××2．有氣體參加的反應(yīng)中，能使單位體積內(nèi)反應(yīng)物中活化分子數(shù)和活化分子百分?jǐn)?shù)都增大的方法是(

)①增大反應(yīng)物濃度②增大壓強(qiáng)③升高溫度④加入催化劑A．①②③

B．②③④

C．①③④

D．③④√D

[①增大反應(yīng)物的濃度和②增大壓強(qiáng)，只能增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)，不能增大活化分子百分?jǐn)?shù)；而③升高溫度和④加入催化劑既能增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)，又能增大活化分子百分?jǐn)?shù)，故D項(xiàng)符合題意。]3．過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)不是通過(guò)反應(yīng)物分子的簡(jiǎn)單碰撞完成的。在反應(yīng)物分子生成產(chǎn)物分子的過(guò)程中，首先生成一種高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子。按照過(guò)渡態(tài)理論，NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)的反應(yīng)歷程如圖，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)C

[活化分子之間的碰撞不一定能發(fā)生反應(yīng)，不一定是有效碰撞，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；活化配合物的能量越高，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)目越少，有效碰撞的概率越小，第一步反應(yīng)速率越慢，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；第一步反應(yīng)斷裂化學(xué)鍵，需要吸收能量，故C項(xiàng)正確；反應(yīng)速率主要取決于慢反應(yīng)的速率，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]√A．第二步活化配合物之間的碰撞一定是有效碰撞B．活化配合物的能量越高，第一步的反應(yīng)速率越快C．第一步反應(yīng)需要吸收能量D．該反應(yīng)的反應(yīng)速率主要取決于第二步反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)四催化機(jī)理與反應(yīng)歷程1．催化劑特點(diǎn)(1)催化劑具有高效性和______性，某種催化劑對(duì)某一反應(yīng)可能催化活性很強(qiáng)，但對(duì)其他反應(yīng)不一定具有催化作用，可以選用______________來(lái)調(diào)控反應(yīng)。(2)催化劑的催化活性除了與自身成分有關(guān)外，還與粒徑、合成方法等因素以及溫度、壓強(qiáng)等條件有關(guān)，催化劑發(fā)揮作用需要維持在活性溫度范圍內(nèi)，溫度過(guò)高，催化活性______。選擇合適的催化劑降低2．催化劑與反應(yīng)歷程(1)催化反應(yīng)歷程可表示為擴(kuò)散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。(2)催化劑通過(guò)參與反應(yīng)改變__________、______反應(yīng)的活化能來(lái)加快反應(yīng)速率?；罨茉酱?，反應(yīng)越____進(jìn)行。(3)復(fù)雜反應(yīng)中的速率控制步驟決定反應(yīng)的速率，各步基元反應(yīng)活化能(能壘)____的慢反應(yīng)是決定整個(gè)反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。故改變溫度，活化能____的反應(yīng)速率改變程度大。反應(yīng)歷程降低難大大1．氮?dú)馀c氫氣在催化劑表面發(fā)生合成氨反應(yīng)的微粒變化歷程如圖所示。√下列關(guān)于反應(yīng)歷程的先后順序排列正確的是(

)A．④③①②

B．③④①②C．③④②① D．④③②①A

[物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就是構(gòu)成物質(zhì)的微粒重新組合的過(guò)程，分子分解成原子，原子再重新組合成新的分子，新的分子構(gòu)成新的物質(zhì)，氫分子和氮分子都是由兩個(gè)原子構(gòu)成，它們吸附在固體催化劑的表面會(huì)分解成單個(gè)的原子，原子再組合成氨分子，然后從固體催化劑表面脫附出去。]2．氧化亞氮在碘蒸氣存在時(shí)的熱分解反應(yīng)：2N2O===2N2＋O2，其反應(yīng)機(jī)理包含以下步驟：第一步：I2(g)―→2I(g)(快反應(yīng))第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋I(xiàn)O(g)(慢反應(yīng))第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(xiàn)(g)(快反應(yīng))下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．第二步對(duì)分解反應(yīng)速率起決定作用B．I2濃度與N2O分解速率無(wú)關(guān)C．慢反應(yīng)的活化能高于快反應(yīng)的活化能D．第二步反應(yīng)中I(g)作還原劑√B

[A.慢反應(yīng)決定總反應(yīng)速率，A正確；B.I2濃度越大，快反應(yīng)I2(g)―→2I(g)的反應(yīng)速率越快，單位時(shí)間內(nèi)生成的I(g)濃度越大，N2O分解速率越大，B錯(cuò)誤；C.慢反應(yīng)的活化能高于快反應(yīng)的活化能，C正確；D.第二步反應(yīng)中I(g)失去電子，作還原劑，D正確。]3．NO催化O3生成O2的過(guò)程由以下3步基元反應(yīng)構(gòu)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。下列說(shuō)法正確的是(

)A．3步基元反應(yīng)都是放熱反應(yīng)B．第1步是總反應(yīng)的決速步C．該過(guò)程共有3種中間產(chǎn)物D．總反應(yīng)2O3(g)===3O2(g)的焓變?yōu)棣1＋ΔH2－ΔH3√B

[由題圖可知，第1步反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，為吸熱反應(yīng)，A錯(cuò)誤；第1步正反應(yīng)活化能最大，故第1步是總反應(yīng)的決速步，B正確；由3步基元反應(yīng)可知，該反應(yīng)的中間體只有NO2和O兩種，C錯(cuò)誤；由蓋斯定律可知，3步基元反應(yīng)相加得總反應(yīng)2O3(g)===3O2(g)，則ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，D錯(cuò)誤。]隨堂評(píng)估·知能落實(shí)1．化學(xué)反應(yīng)是有反應(yīng)歷程的，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A．所有的化學(xué)反應(yīng)都由多個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成B．化學(xué)反應(yīng)不同，反應(yīng)歷程就不相同C．反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件決定著一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)歷程D．由多個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)中，其快慢取決于反應(yīng)歷程中的慢反應(yīng)√243題號(hào)15A

[A.某些反應(yīng)是由多個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的而還有一些反應(yīng)其本身就是1個(gè)基元反應(yīng)，A錯(cuò)誤；B.每個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有自己獨(dú)特的反應(yīng)歷程，反應(yīng)歷程互不相同，B正確；C.反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件共同決定該反應(yīng)的反應(yīng)熱、反應(yīng)方向和反應(yīng)歷程，C正確；D.慢反應(yīng)由于反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，決定著由多個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間，D正確。]243題號(hào)152．有關(guān)碰撞理論，下列說(shuō)法不正確的是(

)A．具有足夠能量的分子(活化分子)相互碰撞不一定能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)B．增大反應(yīng)物的濃度，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，有效碰撞的次數(shù)增加，反應(yīng)速率增大C．升高溫度，活化分子百分?jǐn)?shù)增加，有效碰撞的次數(shù)增加，反應(yīng)速率增大D．催化劑能降低反應(yīng)的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，有效碰撞的次數(shù)增加，反應(yīng)速率增大√243題號(hào)15B

[增大反應(yīng)物的濃度，活化分子百分?jǐn)?shù)不變，但單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，B錯(cuò)誤。]

√243題號(hào)15C

[A.一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率主要由慢反應(yīng)決定，則該反應(yīng)的反應(yīng)速率主要由第②步基元反應(yīng)決定，A不正確；B.由反應(yīng)機(jī)理可知，該反應(yīng)的反應(yīng)速率由第②步基元反應(yīng)決定，增大SO2的濃度不能顯著提升第②步基元反應(yīng)的反應(yīng)速率，B不正確；C.V2O5是反應(yīng)的催化劑，能降低反應(yīng)的活化能，使更多的分子成為活化分子，從而提高該反應(yīng)活化分子百分?jǐn)?shù)，使有效碰撞次數(shù)增加，反應(yīng)速率加快，C正確；D.只知道該反應(yīng)的ΔH，無(wú)法計(jì)算該反應(yīng)的正、逆反應(yīng)的活化能，D不正確。]243題號(hào)1