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第三課時 活化能
第二章　化學反應速率與化學平衡
第一節　化學反應速率
素養要求
1.知道化學反應是有歷程的。
2.認識有效碰撞、基元反應活化能對化學反應速率的影響。
3.知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。
【思考交流】
1
2
3
4
5
什么是化學反應？
化學反應是一步完成的嗎？
決定化學反應速率的是哪一步？
影響化學反應速率的因素有哪些？
這些因素為什么影響反應速率？
1
基元反應與反應歷程
任務一 基元反應與反應歷程
大多數的化學反應往往經過多個反應步驟才能實現，
其中每一步反應都稱為基元反應。
2HI―→H2＋2I·
2I·―→I2
2HI = H2＋I2
1．基元反應
基元反應反映了化學反應的反應歷程，反應歷程又稱反應機理。
2．反應機理
過渡態
終態
始態
基元反應的過程
任務一 基元反應與反應歷程
飛秒化學對了解化學反應機理、控制反應進程、充分利用物質和能源等非常重要。
跟蹤和檢測化學反應中某些壽命極短的過渡態，必須采用10－15～10－12 s的時間分辨技術，可以分辨分子、原子飛秒級變動圖像的激光脈沖技術，可以跟蹤、觀察基元反應的整個過程。
（1）原理：
（2）定義：
（3）意義：
對超快速化學反應的研究稱為飛秒(fs，1fs＝10﹣15 s)化學。
3．飛秒化學
任務一 基元反應與反應歷程
1.由反應物微粒一步直接實現的化學反應稱為基元反應。某化學反應是通過三步基元反應實現：①Ce4＋＋Mn2＋→Ce3＋＋Mn3＋；
②Ce4＋＋Mn3＋→Ce3＋＋Mn4＋；
③Ti＋＋Mn4＋→Ti3＋＋Mn2＋。
由此可知：
(1)該反應的總反應的方程式為__________________________。
(2)該反應的催化劑是_______。
2Ce4＋＋Ti＋= 2Ce3＋＋Ti3＋
Mn2＋
【典例剖析】
任務一 基元反應與反應歷程
2.利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除廢氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質，其反應歷程如圖所示：
(1)X是__________。
N2、H2O
(2)題述歷程的總反應為___________________________________。
2NH3＋NO＋NO2 === 2N2＋3H2O
催化劑
(3)由反應歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應的___________。
中間產物
任務一 認識蓋斯定律
【方法歸納】
在催化循環反應體系中：
催化劑
直接和原料反應
反應前后存在，反應過程中不存在
中間體
可循環再生
只在反應過程中出現
2
影響反應速率的理論分析
任務二 影響反應速率的理論分析
反應物的分子必須發生碰撞，才能發生化學反應。
但是并不是每一次碰撞都能發生化學反應。
2．有效碰撞
概念
能夠發生化學反應的碰撞
條件
具有足夠的能量；
具有合適的取向
與反應速率關系
碰撞的頻率越高，反應速率越快
1．基元反應發生的先決條件
任務二 影響反應速率的理論分析
（1）活化分子：
能夠發生有效碰撞的分子。
（2）活化能：
活化分子具有的平均能量與反應物分子具有的平均能量之差，叫做反應的活化能。
在一定條件下，反應物分子中活化分子的百分數是一定的。
3．活化能和活化分子
E2：逆反應的活化能
ΔH＝E1－E2
任務二 影響反應速率的理論分析
反應物濃度增大
單位體積內活化分子數增多
化學反應速率增大
單位時間內有效碰撞次數增加
4．活有效碰撞理論影響化學反應速率因素的解釋——濃度
單位體積內活化分子數增多
增大壓強
氣體體積縮小
反應物濃度增大
單位時間內有效碰撞的次數增加
化學反應速率增大
5．活有效碰撞理論影響化學反應速率因素的解釋——壓強
任務二 影響反應速率的理論分析
使一部分原來能量較低的分子變成活化分子
活化分子的百分數增大
升高溫度
反應物分子的能量增加
單位時間內有效碰撞的次數增加
化學反應速率增大
6．活有效碰撞理論影響化學反應速率因素的解釋——溫度
任務二 影響反應速率的理論分析
活化分子的百分數增大
使用
催化劑
反應的
活化能降低
更多的反應物分子成為活化分子
單位時間內有效碰撞的次數增加
化學反應速率增大
7．活有效碰撞理論影響化學反應速率因素的解釋——催化劑
【歸納總結】
一個反應要發生一般要經歷哪些過程？
普通
分子
活化
能
活化
分子
合理
取向的
碰撞
有效
碰撞
新物質
能量
反應速率與單位時間、單位體積內分子間有效碰撞次數（有效碰撞頻率）有關
外因對速率影響的有效碰撞理論解釋
影響 外因 單位體積內 有效碰撞 次數 化學反應速率
分子總數 活化分子數 活化分子百分數
增大反應物濃度
增大壓強
升高溫度
使用催化劑
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
【歸納總結】
【注意】還有許多改變化學反應速率的方法：如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強磁場、高速研磨等。總之，向反應體系輸入能量，都有可能改變化學反應速率。
任務二 影響反應速率的理論分析
高效性、
選擇性
選用合適的催化劑來調控反應
自身成分、粒徑、合成方法等因素；溫度（溫度過高，催化活性降低）、壓強等條件。
催化活性的影響因素：
8．催化劑特點
01
02
03
04
05
擴散
吸附
斷鍵
成鍵
脫附
活化能越大，反應越難進行
改變溫度，活化能大的反應速率改變程度大
活化能(能壘)大的慢反應是決定整個反應速率的關鍵步驟
9．催化劑與反應歷程
概念辨析
(1)當碰撞的分子具有足夠的能量和適當的取向時才能發生化學反應（ ）
(2)活化能大的反應一定是吸熱反應 （ ）
(3)催化劑能降低反應所需的活化能，ΔH也會發生變化 （ ）
(4)活化能越高，反應越難發生，反應速率越慢 （ ）
(5)增大反應物的濃度，使活化分子百分數增大，化學反應速率增大 （ ）
√
√



【歸納總結】
任務二 影響反應速率的理論分析
(1)同一反應，不同催化劑對該反應的催化效果不同。
(2)同一催化劑，對不同反應催化效果也不同。
(3)催化劑的催化活性還與溫度、酸堿度等因素有關，使用催化劑時需選擇適宜條件。
對催化劑的選擇性的理解
拓展1 圖像分析
1.反應速率圖像分析
化學反應速率與濃度、壓強、溫度、催化劑等外界因素有關。
(1)溶液中的反應速率圖像分析(如：Zn＋H2SO4 = ZnSO4＋H2↑)
v－c(H＋) 圖像 v－T(溫度)圖像 v－t(時間)圖像

說明：開始時，反應放熱、溫度升高，反應速率增大，后來c(H＋)逐漸減小，化學反應速率減小
v－p(壓強)圖像 v－V(容積)圖像 v－t(時間)圖像 v－p、T(T1
【提醒】分析圖像時特別關注圖像中坐標軸、起點、終點、拐點、圖像變化趨勢等。
拓展1 圖像分析
2.反應速率相關量的圖像分析
化學反應速率與反應中單位時間內各物質的物質的量濃度變化、質量的變化符合化學方程式中化學計量關系，根據圖像中相關量的變化可以間接分析反應速率。如：
(1)物質的量與時間關系圖像
【特別關注】
①反應物和生成物的判斷；
②反應是否可逆；
③依據各物質的變化量計算化學反應速率或確定化學方程式。
拓展1 圖像分析
(2)濃度與時間關系圖像
【特別關注】
①起點、終點——計算反應速率；
②斜率——曲線斜率代表反應速率。
拓展1 圖像分析
(2022·北京北師大實驗中學高二期中)2007年諾貝爾化學獎授予埃特爾以表彰其對于合成氨反應機理的研究，氮氣和氫氣分子在催化劑表面的部分變化過程如圖所示。下列說法不正確的是（ ）
A.圖①→②過程吸熱，圖②→③過程放熱
B.溫度、壓強、催化劑都能改變反應的ΔH
C.N2在反應過程中三鍵均發生斷裂
D.反應過程中存在—NH—、—NH2等中間產物
B
典例剖析
拓展2 速率常數和速率方程
1.速率常數含義
速率常數(k)是指在給定溫度下，反應物濃度皆為1 mol·L－1時的反應速率。在相同的濃度條件下，可用速率常數大小來比較化學反應的反應速率。
(1)含義
基元反應：化學反應速率與反應物濃度(或濃度的次方)成正比，而速率常數是其比例常數，在恒溫條件下，速率常數不隨反應物濃度的變化而改變。因此，可以應用速率方程求出該溫度下任意濃度時的反應速率。
(2)應用
拓展2 速率常數和速率方程
2.速率方程
(1)一定溫度下，化學反應速率與反應物濃度以其計量數為指數的冪的乘積成正比。
對于基元反應：aA＋bB=gG＋hH，則v＝kca(A)·cb(B)(其中k為速率常數)
(2)實例：
v＝kc(SO2Cl2)
①SO2Cl2 SO2＋Cl2
②2NO2 2NO＋O2　
③2H2＋2NO N2＋2H2O
v＝k·c2(H2)·c2(NO)
v＝kc2(NO2)
拓展2 速率常數和速率方程
3.速率常數的影響因素
溫度對化學反應速率的影響是顯著的，速率常數是溫度的函數，同一反應，溫度不同，速率常數將有不同的值，但濃度不影響速率常數。
(3)把任意時刻反應物濃度代入速率方程，可得該時刻的反應速率，即瞬時速率。
c(A)/ (mol·L－1) 0.25 0.50 1.00 0.50 1.00 c1
c(B)/(mol·L－1) 0.050 0.050 0.100 0.100 0.200 c2
v/(10－3 mol·L－1·min－1) 1.6 3.2 v1 3.2 v2 4.8
下列說法不正確的是(　　)
A.上述表格中的c1＝0.75、v2＝6.4
B.該反應的速率常數k＝6.4×10－3 min－1
C.在過量的B存在時，反應掉93.75%的A所需的時間是500 min
D.升溫、加入催化劑、縮小容積(加壓)，使k增大導致反應的瞬時速率加快
D
典例剖析
課堂小結
基元反應與反應歷程
影響反應速率的理論分析
催化機理與反應歷程
當 堂 練 習
3
任務三 限時訓練
1.(2023·滄州部分學校高二月考)下列有關說法正確的是(　　)
B
2.(2023·重慶九龍坡區高二月考)在體積可變的容器中發生反應：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，當縮小容器體積使壓強增大時，化學反應速率加快，其根本原因是(　　)
A.分子運動速率加快，使反應物分子間的碰撞機會增多
B.反應物分子的能量增加，活化分子百分數增大，有效碰撞次數增多
C.分子間距離減小，使所有的活化分子間的碰撞都成為有效碰撞
D.活化分子百分數不變，但單位體積內活化分子數增加，有效碰撞次數增多
任務三 限時訓練
D
任務三 限時訓練
3.(2023·牡丹江第一高級中學高二月考)研究
CH3I與氯自由基(用Cl*表示)的反應有助于保護
臭氧層。已知CH3I與Cl*反應有4條可能的反應
路徑，如圖所示。圖中TS表示過渡態，IM表
示中間體。下列說法中錯誤的是(　　)
B
任務三 限時訓練
4.(2021·河北卷)室溫下，某溶液初始時僅溶有M和N且
濃度相等，同時發生以下兩個反應：①M＋N=X＋Y；
②M＋N=X＋Z。反應①的速率可表示為v1＝k1c2(M)，
反應②的速率可表示為v2＝k2c2(M)(k1、k2為速率常數)。
反應體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖。下
列說法錯誤的是(　　)
A
A.0～30 min時間段內，Y的平均反應速率為6.67×10－3 mol·L－1·min－1
B.反應開始后，體系中Y和Z的濃度之比保持不變
C.如果反應能進行到底，反應結束時62.5%的M轉化為Z
D.反應①的活化能比反應②的活化能大

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