資源簡介

(共34張PPT)
第2課時　活化能
1.有效碰撞與活化能。
(1)基元反應與反應歷程。
大多數化學反應往往經過多個反應步驟才能實現,每一步反應都稱為基元反應,先后進行的基元反應反映了化學反應的反應歷程,又稱反應機理?；磻l生的先決條件是反應物的分子必須發生碰撞。
(2)并不是反應物分子的每一次碰撞都能發生反應,有效碰撞是指能夠發生化學反應的碰撞。
(3)發生有效碰撞,需要具備兩個條件:一是反應物的分子必須具有足夠的能量,這種分子稱為活化分子;二是碰撞時要有合適的取向,才能斷裂化學鍵,發生化學反應。
(4)活化能是指活化分子具有的能量與反應物分子具有的平均能量之差。
2.用有效碰撞理論解釋外界因素對化學反應速率的影響。
對于某一化學反應來說,在一定條件下,反應物分子中活化分子的百分數是一定的。
(1)其他條件不變,增大反應物的濃度,單位體積內活化分子數增多,單位時間內有效碰撞的次數增加,化學反應速率增大。
(2)其他條件不變,升高溫度,使一部分原來能量較低的反應物分子變成活化分子,增加了反應物分子中活化分子的百分數;同時,升溫使活化分子的運動加速,使得單位時間內有效碰撞的次數增加,化學反應速率增大。
(3)催化劑能改變反應歷程,改變反應的活化能,增大了單位體積內反應物分子中活化分子的數目,使得單位時間內有效碰撞的次數增加,化學反應速率增大。
3.化學反應的過程與能量變化關系圖。
對于放熱反應,反應物、生成物的能量與活化能的關系示意圖如圖所示。其中,E1表示反應的　活化能　,E2表示活化分子變成生成物分子
　放出的能量　,E1-E2表示　反應熱　。
微判斷 (1)大多數化學反應都是基元反應。(　　)
(2)活化分子的碰撞都是有效碰撞。(　　)
(3)催化劑能降低反應的活化能,增大單位體積內的活化分子數。(　　)
(4)縮小容積增大壓強,可使反應物的活化分子百分數增加。
(　　)
(5)催化劑能改變反應歷程,使本來不能反應的物質發生化學反應。(　　)
×
×
√
×
×
微訓練 某反應過程的能量變化如圖所示,　b　(填“a”或“b”)表示催化反應;該反應是　放熱　(填“吸熱”或“放熱”)反應。
用碰撞理論解釋影響化學反應速率的因素
問題探究
基元反應過渡態理論認為,基元反應
在從反應物到生成物的變化過程中
要經歷一個中間狀態,這個狀態稱為
過渡態。例如,一溴甲烷與NaOH溶
液反應的過程可以表示為
CH3Br+OH-→[Br…CH3…OH]→Br-+CH3OH。
過渡態能量與反應物的平均能量的差值相當于活化能,基元反應的活化能越高,此步基元反應速率越慢。請用有效碰撞理論解釋原因。
提示:活化能大時,反應物分子不易成為活化分子,很少發生有效碰撞,反應不易發生。
歸納總結
1.有效碰撞。
2.活化能和活化分子。
(1)活化分子:具有足夠高能量的分子。能夠發生有效碰撞的分子一定是活化分子,活化分子碰撞的取向合適時才能發生有效碰撞。
(2)活化能:活化分子比反應物分子所多出的平均能量(或反應物分子轉化成活化分子所需要的能量)是活化能。
3.用碰撞理論解釋外界條件對化學反應速率的影響。
易錯警示 (1)活化分子數變,反應速率不一定變,但活化分子百分數變,反應速率一定變。 (2)對于可逆反應,升高溫度、增大壓強、加入催化劑既能增大正反應速率又能增大逆反應速率。
典例剖析
【例】 下列說法不正確的是(　　)。
A.增大反應物濃度,可增大單位體積內活化分子的百分數,從而使有效碰撞次數增多
B.有氣體參加的化學反應,若增大壓強(減小反應容器的容積),可增大單位體積內的活化分子數,從而使反應速率增大
C.升高溫度能使化學反應速率增大的主要原因是增加了單位體積中反應物活化分子的百分數
D.催化劑能增大單位體積內活化分子的百分數,從而成千上萬倍地增大化學反應速率
答案:A
解析:增大反應物濃度、增大氣體反應物的壓強都會使單位體積內活化分子數增大,但由于單位體積內反應物分子總數發生同等倍數的變化,活化分子百分數并不一定改變,A項錯誤,B項正確。升高溫度可以增大反應物分子能量,催化劑可以減小反應發生所需的活化能,這兩種方法都能使一部分能量較低的普通分子變成活化分子,從而使活化分子百分數增多。升高溫度或加入催化劑,正、逆反應速率均增大,C、D項正確。
方法技巧 碰撞理論從微觀的角度解釋了宏觀因素與化學反應速率的關系,其實質是能量的變化引起分子運動行為的改變,即客觀條件的改變引起的能量變化,最終使活化分子的百分數增大或減小,使得有效碰撞次數增加或減少,從而引起反應速率的改變。
學以致用
1.對于一定條件下進行的化學反應:2SO2+O2 2SO3,改變下列條件,可以提高反應物中活化分子百分數的是(　　)。
A.增大壓強
B.升高溫度
C.增大SO2濃度
D.減小SO2濃度
答案:B
解析:活化分子比反應物分子具有更高的能量,若提高活化分子的百分數,可采用的方法:一是升高溫度,提高反應物分子的能量,使一部分反應物分子變成活化分子,從而提高活化分子百分數;二是加入催化劑,降低反應的活化能,使更多的反應物分子成為活化分子,大大提高反應物中活化分子百分數;濃度和壓強只能改變單位體積內活化分子的數目,不能提高活化分子的百分數。
2.我們把能夠發生化學反應的碰撞叫做有效碰撞;發生有效碰撞的分子必須具有足夠的能量,這種分子叫做活化分子;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。
圖甲
圖乙
下列說法正確的是(　　)。
A.圖甲中曲線Ⅰ可以表示催化劑降低了反應的活化能
B.圖乙中HI分子發生了有效碰撞
C.鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應活化能接近于零
D.增大反應物濃度,活化分子百分數增多,單位時間內有效碰撞次數增加
答案:C
解析:曲線Ⅱ可以表示催化劑能降低反應的活化能,A項錯誤;能夠發生化學反應的碰撞才是有效碰撞,由圖乙可知碰撞后沒有生成新物質,即沒有發生化學反應,不是有效碰撞,B項錯誤;鹽酸和氫氧化鈉溶液反應的實質是氫離子與氫氧根離子反應生成水,活化能接近零,C項正確;增大反應物濃度,單位體積內活化分子數增多,單位時間內有效碰撞次數增加,D項錯誤。
1.氮氣與氫氣在催化劑表面發生合成氨反應的微粒變化歷程如圖所示。
下列關于反應歷程的先后順序排列正確的是(　　)。
A.④③①② B.③④①②
C.③④②① D.④③②①
答案:A
解析:物質發生化學反應就是構成物質的微粒重新組合的過程,分子分解成原子,原子再重新組合成新的分子,新的分子構成新的物質,氫分子和氮分子都由兩個原子構成,它們在固體催化劑的表面會分解成單個的原子,原子再組合成新的氨分子,即催化反應歷程可表示為擴散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。
2.有效碰撞除受能量因素制約外,還受碰撞分子取向的影響。在反應NO2+CO══NO+CO2中,只有當CO分子中的碳原子與NO2分子中的氧原子碰撞時,才能發生有效碰撞,以下碰撞取向正確的是(　　)。
答案:A
解析:由題意知,CO分子中碳原子與NO2分子中氧原子碰撞時
才能發生有效碰撞,即
3.在氣體反應中,改變下列條件,能使反應物中活化分子數和活化分子百分數都增大的是(　　)。
①增大反應物的濃度?、谏邷囟取、蹓嚎s容積增大壓強　④移去生成物?、菁尤氪呋瘎?br/>A.①⑤ B.①③ C.②⑤ D.③④⑤
答案:C
解析:①增大反應物的濃度,只能增大單位體積內活化分子數;③壓縮容積增大壓強實際為增大反應物濃度,與①相同;④移去生成物不影響反應物的活化分子數及活化分子百分數。
4.在容積可變的容器中發生反應N2+3H2 2NH3,
當減小容器容積時,化學反應速率增大,其主要原因是(　　)。
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.活化分子百分數未變,但單位體積內的活化分子數增加,有效碰撞次數增多
D.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
C
解析:活化分子百分數與壓強無關,容器容積減小時,單位體積內活化分子數增加。
5.處理、回收CO是環境科學家研究的熱點課題。CO用于處理大氣污染物N2O,發生的反應為N2O(g)+CO(g) CO2(g)+N2(g)　ΔH=-365 kJ·mol-1。上述反應可用“Fe+”作催化劑,其總反應分兩步進行:
第一步:Fe++N2O══FeO++N2;
第二步:FeO++CO══Fe++CO2,第二步反應不影響總反應達到平衡所用的時間。
下列說法中不正確的是(　　)。
A.FeO+也是該反應的催化劑
B.第一步中Fe+與N2O的碰撞僅部分有效
C.第二步反應速率大于第一步反應速率
D.增大CO的濃度不能顯著增大處理N2O的反應速率
答案:A
解析:由第一步、第二步反應可知,Fe+是反應的催化劑,FeO+為反應的中間產物,A項錯誤;化學反應中的碰撞并不都是有效碰撞,僅部分碰撞為有效碰撞,則Fe+與N2O的碰撞僅部分有效,B項正確;由于第一步反應和第二步反應之間存在聯系,FeO+為中間產物,第二步反應不影響總反應達到平衡所用的時間,說明第一步是慢反應,控制總反應速率,第二步反應速率大于第一步反應速率,C項正確;
根據題意,第二步反應不影響總反應達到平衡所用的時間,處理N2O的反應速率只受第一步反應影響,CO在第二步反應中參與,則增大CO的濃度不能提高處理N2O的反應速率,D項正確。第2課時　活化能
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.下列說法正確的是(　　)。
①升高溫度會加快反應速率,原因是增加了活化分子的有效碰撞次數
②增大反應物濃度會加快反應速率的原因是單位體積內有效碰撞的次數增多
③使用催化劑能提高反應速率,原因是提高了分子的能量,使有效碰撞頻率增大
A.①② B.①③
C.②③ D.①②③
答案:A
解析:使用催化劑改變反應歷程,降低反應的活化能,增大活化分子百分數,使有效碰撞頻率增大,提高反應速率,③錯誤。
2.某反應過程中的能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應的活化能,E2表示逆反應的活化能)。下列有關敘述不正確的是(　　)。
A.該反應為吸熱反應
B.使用催化劑能加快該反應的化學反應速率
C.催化劑能降低該反應的活化能
D.逆反應的活化能大于正反應的活化能
答案:D
解析:該反應生成物總能量比反應物總能量高,為吸熱反應,A項正確;對照圖中有無催化劑的兩種情況,有催化劑的活化能較低,因為催化劑能降低反應的活化能,從而加快化學反應速率,B、C項正確;E1大于E2,正反應的活化能較大,D項錯誤。
3.NO和CO都是汽車尾氣里的有毒氣體,它們之間能緩慢反應:2NO+2CON2+2CO2。為了控制大氣污染,下列建議實際可行的是(　　)。
A.增大壓強,增大反應速率
B.使用適當催化劑提高反應速率
C.提高反應溫度,增大反應速率
D.在汽車尾部用橡膠囊收集有毒氣體
答案:B
解析:給導出的氣體再加壓或升高溫度均不符合實際,用橡膠囊收集有毒氣體的方法也不現實。
4.CO2的轉化一直是世界范圍內的研究熱點。利用兩種金屬催化劑,在水溶液體系中將CO2分別轉化為CO和HCOOH的反應過程示意圖如下:
下列說法正確的是(　　)。
A.在轉化為CO的路徑中,只涉及碳氧鍵的斷裂和氫氧鍵的形成
B.在轉化為HCOOH的路徑中,CO2被氧化為HCOOH
C.兩個轉化路徑均有非極性鍵的形成
D.上述反應過程說明催化劑具有選擇性
答案:D
解析:由圖可知,在轉化為CO的路徑中,既涉及碳氧鍵的斷裂和氫氧鍵的形成,還有氫氫鍵的斷裂和碳氧鍵的形成,A項錯誤;在CO2轉化為HCOOH的路徑中,C的化合價降低,故是還原反應而不是氧化反應,B項錯誤;兩個轉化路徑中形成的化學鍵均為極性鍵,C項錯誤;二氧化碳在不同催化劑作用下,分別生成甲酸和CO,說明催化劑具有選擇性,D項正確。
5.已知反應:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),其反應歷程如下:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g)　快
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g)　慢
下列有關該反應的說法正確的是(　　)。
A.該反應的速率主要取決于①的快慢
B.NOBr2是該反應的催化劑
C.正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol-1
D.增大Br2(g)濃度能增大活化分子百分數,加快反應速率
答案:C
解析:總反應的反應速率主要取決于最慢的一步,所以該反應的速率主要取決于②的快慢,選項A錯誤;NOBr2是反應過程中的中間產物,不是該反應的催化劑,選項B錯誤;該反應為放熱反應,說明反應物總能量高于生成物總能量,所以正反應的活化能比逆反應的活化能小a kJ·mol-1,選項C正確;增大Br2(g)濃度,可增大單位體積內的活化分子數,但活化分子百分數不變,選項D錯誤。
能力提升
1.一定條件下,CH4分解生成C的反應歷程如圖所示,下列說法不正確的是(　　)。
A.如圖是反應CH4C+2H2的能量-時間示意圖
B.第④步的活化能最大
C.4個步驟中有的吸熱,有的放熱
D.選擇恰當催化劑可降低反應活化能
答案:A
解析:題圖是反應CH4C+4H的能量-時間示意圖,A項錯誤;根據圖示,第④步的活化能最大,B項正確;第①、②、④步吸熱,第③步放熱,C項正確;催化劑通過降低反應的活化能,增大反應速率,D項正確。
2.已知分解1 mol H2O2放出熱量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解經過下列兩步基元反應完成:①H2O2+I-H2O+IO-　慢;②H2O2+IO-H2O+O2+I-　快。
下列有關該反應的說法正確的是(　　)。
A.反應的活化能等于98 kJ·mol-1
B.IO-也是該反應的催化劑
C.反應速率與I-濃度有關
D.H2O2分解的反應速率主要取決于反應②
答案:C
解析:1 mol H2O2分解的反應熱ΔH=-98 kJ·mol-1,
不是反應的活化能,A項錯誤;將反應①+②可得總反應方程式,反應的催化劑是I-,IO-只是中間產物,B項錯誤;I-是①的反應物之一,其濃度大小對①的反應速率會產生影響,C項正確;H2O2分解的反應速率主要由最慢的一步基元反應決定,D項錯誤。
3.研究表明,甲醇通過催化氧化制取甲醛時,在無催化劑(圖中實線)和加入特定催化劑(圖中虛線)時均會產生甲醛,其反應中物質的相對能量如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)。
A.加入該催化劑可使每一步基元反應的反應速率均提高
B.該條件下CO2比CO的穩定性強
C.無催化劑時,升高溫度,甲醇生成甲醛的正反應速率增大,逆反應速率也增大
D.無催化劑時,CO2生成CO比生成甲醛的活化能小
答案:A
解析:根據圖像可知,使用催化劑增大CO轉化成甲醇的活化能,反應速率減小,故A錯誤;根據圖像可知,CO2具有的能量比CO低,能量低,物質穩定,則該條件下, CO2比CO穩定性強,故B正確;根據圖像可知,甲醇生成甲醛的反應為放熱反應,升高溫度,甲醇生成甲醛的正反應速率增大,逆反應速率也增大,故C正確;根據圖像可知,無催化劑時,CO2生成CO比生成甲醛的活化能小,故D正確。
4.草酸與高錳酸鉀在酸性條件下能夠發生如下反應:Mn+H2C2O4+H+Mn2++CO2↑+H2O(未配平)。
用4 mL 0.001 mol·L-1 KMnO4溶液與2 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液,研究不同條件對化學反應速率的影響。改變的條件如下:
組別 溫度/℃ 其他物質
Ⅰ 2 20 —
Ⅱ 2 20 10滴飽和MnSO4溶液
Ⅲ 2 30 —
Ⅳ 1 20 1 mL蒸餾水
(1)該反應中氧化劑和還原劑的物質的量之比為　　　　　　。
(2)如果研究催化劑對化學反應速率的影響,使用實驗　　　　　　和　　　　　　(用Ⅰ~Ⅳ表示,下同);如果研究溫度對化學反應速率的影響,使用實驗　　　　　　和　　　　　　。
(3)對比實驗Ⅰ和Ⅳ,可以研究　　　　　　對化學反應速率的影響,實驗Ⅳ中加入1 mL蒸餾水的目的是　 　　　　　　　　　。
答案:(1)2∶5　
(2)Ⅰ?、颉、瘛、蟆?br/>(3)c(H+)(或硫酸溶液的濃度)　確保所有實驗中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不變和溶液總體積不變
解析:(1)根據電子守恒列式可得:n(Mn)×(7-2)=n(H2C2O4)×2×(4-3),則n(Mn)∶n(H2C2O4)=2∶5。(2)利用“單一變量法”研究某一因素對化學反應速率的影響,體現化學實驗的控制變量思想。(3)對比Ⅰ和Ⅳ,反應的溫度、溶液的體積等都相同,僅有c(H+)不同,故可研究c(H+)對反應速率的影響。加1 mL水的目的是確保c(KMnO4)、c(H2C2O4)不變和溶液總體積不變。
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