高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)歷程課件

微專題

化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)歷程學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能根據(jù)碰撞理論說明溫度、濃度、催化劑等是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的。體會(huì)理論模型的構(gòu)建過程，強(qiáng)化模型認(rèn)知意識(shí)；2．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；3.能根據(jù)過渡態(tài)理論理解催化劑可以改變反應(yīng)歷程，能從控制化學(xué)反應(yīng)速率的角度分析和選擇反應(yīng)條件；4.理解速率方程，能運(yùn)用速率方程進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。定性描述：化學(xué)反應(yīng)特征現(xiàn)象出現(xiàn)的快慢定量描述：實(shí)驗(yàn)測(cè)定：控制單一變量，找與濃度相關(guān)可測(cè)量、

易操作變量化學(xué)反應(yīng)速率ΔcΔt

υ＝ΔnVΔt＝影響因素內(nèi)因：反應(yīng)物自身的性質(zhì)外因：濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等問題：濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等因素是怎樣影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？環(huán)節(jié)一、回顧舊知——化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素內(nèi)

因外

因接觸面積催化劑壓

強(qiáng)濃

度溫

度回顧舊知——影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

如何解釋C、P、T及cat等因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響呢?其他因素：光輻射、放射線輻照、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)等問題：

2.分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件是什么？1.化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是什么？反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵的斷裂，生成物中新化學(xué)鍵的形成資料卡片：1918年，路易斯提出了化學(xué)反應(yīng)速率的簡(jiǎn)單碰撞理論。該理論認(rèn)為，反應(yīng)物分子間的碰撞是化學(xué)反應(yīng)的先決條件。反應(yīng)物分子間有效碰撞的頻率越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大。環(huán)節(jié)二——理論模型的建構(gòu)例如：2HI=H2+I2

第一步：2HI→2I?+H2

第二步：2I?→I2

化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物的分子必須發(fā)生碰撞。但并不是每一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生有效碰撞的條件（1）發(fā)生碰撞的分子必須有足夠高的能量；（2）分子發(fā)生碰撞時(shí)必須有合適的取向。a.力量不夠b.取向不好c.有效碰撞（一）有效碰撞理論——有效碰撞的條件有效碰撞活化分子普通分子普通分子＋活化能活化分子(2)對(duì)于某一化學(xué)反應(yīng)來說，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，叫做反應(yīng)的活化能。一定平均能量（一）有效碰撞理論——活化分子、活化能【思考】活化分子具有的高能量從何來?①吸收外界能量（如加熱、光照等）；②分子間碰撞時(shí)，能量交換不均衡而出現(xiàn)較高能量的分子。（一）有效碰撞理論——活化能、反應(yīng)焓（熱）△HEa,活化分子最低（平均）能量反應(yīng)物平均能量整個(gè)反應(yīng)的快慢取決于能壘大的第一步基元反應(yīng)閾能（一）有效碰撞理論——能量分布曲線Ea：普通分子轉(zhuǎn)化為活化分子吸收的最小能量；Ec：閾能，活化分子具有的最低（平均）能量；A1/A2:溫度為t1/t2時(shí)，活化分子的多少可由面積A1/A2反映出來。3、有效碰撞：能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞。越快有效碰撞

[小結(jié)]有效碰撞理論

化學(xué)反應(yīng)速率與活化分子、有效碰撞的關(guān)系：活化分子百分?jǐn)?shù)越大,單位體積內(nèi)

越多，單位時(shí)間內(nèi)

越多，化學(xué)反應(yīng)速率

。新物質(zhì)

一個(gè)反應(yīng)經(jīng)歷的過程：普通分子活化能活化分子合理取向的碰撞有效碰撞能量活化分子數(shù)有效碰撞的次數(shù)越快

化學(xué)反應(yīng)速率與活化分子、有效碰撞的關(guān)系：

反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的理論解釋：1、基元反應(yīng)：通過一步碰撞直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)，只由基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)，例如：NO2+CO=NO+

CO2。但大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)（復(fù)雜反應(yīng)）并不是經(jīng)過簡(jiǎn)單碰撞一次就能完成的，更多的化學(xué)反應(yīng)過程要分為多個(gè)基元反應(yīng)進(jìn)行。再如：2HI=H2+I2

第一步：2HI→2I?+H2（慢）

第二步：2I?→I2

（快）

2、反應(yīng)歷程（反應(yīng)機(jī)理）:

每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)，兩個(gè)及以上基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為復(fù)雜反應(yīng)這兩個(gè)先后進(jìn)行的基元反應(yīng)反映了2HI=H2+I2的反應(yīng)歷程，復(fù)雜反應(yīng)的速率取決于慢的基元反應(yīng)。（一）有效碰撞理論——基元反應(yīng)、反應(yīng)歷程

反應(yīng)機(jī)理——快反應(yīng)與慢反應(yīng)關(guān)鍵能力專項(xiàng)突破1.甲烷與氯氣在光照條件下存在如下反應(yīng)歷程(“·”表示電子)：②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反應(yīng))③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反應(yīng))④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反應(yīng))已知在一個(gè)分步反應(yīng)中，較慢的一步反應(yīng)控制總反應(yīng)的速率。下列說法不正確的是B.光照的主要作用是促進(jìn)反應(yīng)①的進(jìn)行從而使總反應(yīng)速率加快C.反應(yīng)②～④都是由微粒通過碰撞而發(fā)生的反應(yīng)D.反應(yīng)①是釋放能量的反應(yīng)√自由基反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理——引發(fā)—鏈反應(yīng)——終止1.H2與ICl的反應(yīng)分兩步完成，其能量曲線如圖所示。反應(yīng)①：H2(g)＋2ICl(g)===HCl(g)＋HI(g)＋I(xiàn)Cl(g)反應(yīng)②：HCl(g)＋HI(g)＋I(xiàn)Cl(g)===I2(g)＋2HCl(g)下列有關(guān)說法不正確的是A.反應(yīng)①②均是反應(yīng)物總能量高于生成物總能量B.總反應(yīng)的活化能為(E1＋E3)kJ·mol－1C.H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)

ΔH＝－218kJ·mol－1D.反應(yīng)①的ΔH＝E1－E2√【思考】如何求總（復(fù)雜）的活化能反應(yīng)?

反應(yīng)機(jī)理——快反應(yīng)與慢反應(yīng)關(guān)鍵能力專項(xiàng)突破隨堂練習(xí)在鏈反應(yīng)或其它連續(xù)反應(yīng)中，由于自由基等中間產(chǎn)物極活潑，濃度低，壽命又短，可以近似地認(rèn)為在反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，它們的濃度基本上不隨時(shí)間而變化，即d[M]/dt=0(M表示中間產(chǎn)物),這樣的處理方法叫做穩(wěn)態(tài)近似法（steadystateapproximation）。1.對(duì)于反應(yīng)2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)，提出如下反應(yīng)歷程：第一步N2O5NO2＋NO3快速平衡第二步NO2＋NO3→NO＋NO2＋O2慢反應(yīng)第三步NO＋NO3→2NO2快反應(yīng)其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步反應(yīng)的平衡。下列表述正確的是A.v(第一步的逆反應(yīng))<v(第二步反應(yīng))B.反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3C.第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效D.第三步反應(yīng)活化能較高√（二）過渡態(tài)理論——理論觀點(diǎn)

過渡狀態(tài)理論認(rèn)為:反應(yīng)物分子并不只是通過簡(jiǎn)單碰撞直接形成產(chǎn)物，而是必須經(jīng)過一個(gè)形成高能量活化絡(luò)合物的過渡狀態(tài)，并且達(dá)到這個(gè)過渡狀態(tài)需要的一定的活化能，再轉(zhuǎn)化成生成物。[過渡態(tài)理論是1935年由A.G.埃文斯和M.波拉尼提出的，研究有機(jī)反應(yīng)中由反應(yīng)物到產(chǎn)物的過程中過渡態(tài)的理論。過渡態(tài)理論又常被稱為“絕對(duì)反應(yīng)速率理論”]對(duì)于反應(yīng)A+BC→AB+C，其實(shí)際過程是：A與B發(fā)生反應(yīng)時(shí)，A與B接近并產(chǎn)生一定的作用力，同時(shí)B與C之間的鍵減弱；生成不穩(wěn)定的[A···B···C]，稱為過渡態(tài)，或者活性化合物。如右圖所示，反應(yīng)物A+BC和生成物AB+C均是能量低的穩(wěn)定狀態(tài)，過渡態(tài)是能量高的不穩(wěn)定狀態(tài)。在反應(yīng)物能量很高的壁壘，過渡態(tài)是反應(yīng)歷程中能量最高的點(diǎn)。第一步反應(yīng)的活化能比第二步反應(yīng)大得多(ΔE1>ΔE2），因此，第一步反應(yīng)需要更大的能量，第一步反應(yīng)也比第二步反應(yīng)慢得多。第一步反應(yīng)是總反應(yīng)速率的關(guān)鍵，稱為反應(yīng)速率決定步驟，第一步的過渡態(tài)稱為速率決定過渡態(tài)。未使用催化劑時(shí)：反應(yīng)A+B=AB的活化能為Ea使用催化劑K后：反應(yīng)分兩步（改變反應(yīng)歷程）第一步：A+K=AK，活化能為Eal（K是催化劑，前后質(zhì)量不變；AK是中間產(chǎn)物）第二步：AK+B=AB+K活化能為Ea2總反應(yīng)：A+B=AB兩個(gè)分步反應(yīng)的活化能都比原來的Ea要小，因此反應(yīng)速率加快。

又因?yàn)镋a1>Ea2,所以第一步是慢反應(yīng)，第二步是快反應(yīng)。而整個(gè)反應(yīng)的速率是由慢反應(yīng)決定的，也叫“決速步驟”。中學(xué)階段通常認(rèn)為：第一步的活化能Ea1就是在催化劑條件下，整個(gè)反應(yīng)的活化能。AK催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響拓展總反應(yīng)活化能是多少？Ea<0基元反應(yīng)活化能：活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物（普通）分子具有的平均能量之差。實(shí)驗(yàn)研究表明，總反應(yīng)活化能要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，是若干基元反應(yīng)活化能的某種數(shù)學(xué)關(guān)系綜合的結(jié)果，已失去了明確的物理含義，僅是一表觀量，稱為表觀活化能，也叫表觀活化能或?qū)嶒?yàn)活化能。【其值通常用為決速步的最高能量與反應(yīng)物初始能量的差值】未使用催化劑該反應(yīng)活化能是多少？E0使用了催化劑，改變了歷程，總反應(yīng)活化能怎么算？E1？E3？E1+E3？Ea=E1-E2+E3深度思考4.水煤氣變換【CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)】是重要的化工過程，我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程,如圖所示,其中吸附在金催化劑表面上的物質(zhì)用*標(biāo)注。可知水煤氣變換的ΔH

0(填“大于”“等于”或“小于”),該歷程中最大能壘(活化能)E正=

eV，寫出該步驟的化學(xué)方程式:

。小于2.02吸附脫附表面反應(yīng)（基元反應(yīng)）武漢9月調(diào)考化學(xué)吸附活性中間體（每步勢(shì)能凹谷處）活化絡(luò)合物（每步勢(shì)能頂峰處）物理脫附三、速率方程（動(dòng)力學(xué)方程）——質(zhì)量作用定律對(duì)于反應(yīng):A→P,其速率方程微分式表示為：

速率方程是表達(dá)反應(yīng)體系中各物質(zhì)活度（通常用濃度表示）與反應(yīng)速率的定量關(guān)系。對(duì)于反應(yīng):A+B→C+D,其速率方程可表達(dá)式為：k是速率常數(shù)，α+β為反應(yīng)級(jí)數(shù)，只有基元反應(yīng)或復(fù)雜反應(yīng)的基元步驟，反應(yīng)級(jí)數(shù)才和反應(yīng)分子數(shù)相等。對(duì)于基元反應(yīng)：aA+bB=cC+dD，其速率方程可寫為v＝k·ca(A)·cb(B)。這種關(guān)系可以表述為基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度冪之積成正比，有時(shí)稱其為質(zhì)量作用定律。速率常數(shù):速率常數(shù)(k)：是指在給定溫度下，反應(yīng)物濃度皆為1mol·L－1（標(biāo)準(zhǔn)濃度）時(shí)的反應(yīng)速率[單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率]。在相同的濃度條件下，可用速率常數(shù)大小來比較化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。在恒溫條件下，速率常數(shù)不隨反應(yīng)物濃度的變化而改變。因此，可以應(yīng)用速率方程求出該溫度下任意濃度時(shí)的反應(yīng)速率。不同反應(yīng)有不同的速率常數(shù)，速率常數(shù)與濃度無(wú)關(guān),但受反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)（溶劑）、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響，甚至?xí)S反應(yīng)器的形狀、性質(zhì)而異。三、速率方程——質(zhì)量作用定律例題：已知反應(yīng)：NO2+CO=NO+CO2，在不同溫度下反應(yīng)機(jī)理不同。①溫度高于490K時(shí)，上述反應(yīng)為簡(jiǎn)單反應(yīng)，請(qǐng)寫出其速率方程____________________。②溫度高于520K時(shí)，該反應(yīng)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物為NO、NO2、NO3，用方程式表示反應(yīng)歷程。第一步：______________________（慢反應(yīng)）；第二步：______________________（快反應(yīng)）。v=k·c(NO2)·c(CO)

2NO2=NO+NO3

NO3+2CO=NO+CO2

【解析】（1）①基元反應(yīng)aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)，則溫度高于490K時(shí)，簡(jiǎn)單反應(yīng)NO2+CO=NO+CO2的速率方程為v=k·c(NO2)·c(CO)②溫度高于520K時(shí)，該反應(yīng)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，根據(jù)速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反應(yīng)的反應(yīng)物為NO2，結(jié)合產(chǎn)物氮氧化物可知，其慢反應(yīng)為：2NO2=NO+NO3，因總反應(yīng)為NO2+CO=NO+CO2，則快反應(yīng)為NO3+2CO=NO+CO2

速率方程的應(yīng)用1.(1)已知：2N2O5(g)

2N2O4(g)＋O2(g)，起始時(shí)N2O5(g)為35.8kPa，分解的反應(yīng)速率v＝2×10－3×kPa·min－1。t＝62min時(shí)，測(cè)得體系中

＝2.9kPa，則此時(shí)的

＝________kPa，v＝____________kPa·min－1。30.06.0×10－2所以

＝30.0kPa；v＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。關(guān)鍵能力專項(xiàng)突破(2)Bodensteins研究了下列反應(yīng)：2HI(g)

H2(g)＋I(xiàn)2(g)，在716K時(shí)，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(HI)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正x2(HI)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為_____(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min時(shí)，v正＝____________min－1。1.95×10－32.300℃時(shí)，2NO(g)＋Cl2(g)

2ClNO(g)的正反應(yīng)速率表達(dá)式為v正＝k·cn(ClNO)，測(cè)得正反應(yīng)速率和濃度的關(guān)系如下表：n＝_____；k＝_____________________。24.0×10－8L·mol－1·s－1序號(hào)c(ClNO)/(mol·L－1)v正/(mol·L－1·s－1)①0.303.60×10－9②0.601.44×10－8③0.903.24×10－8

速率方程的應(yīng)用關(guān)鍵能力專項(xiàng)突破序號(hào)c(ClNO)/(mol·L－1)v正/(mol·L－1·s