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第3課時活化能反應機理(基礎課)第二章
化學反應速率與化學平衡第一節(jié)化學反應速率素養(yǎng)目標1.知道化學反應是有歷程的,認識基元反應活化能對化學反應速率的影響;知道催化劑可以改變反應歷程。2.能用簡單碰撞理論說明反應條件對化學反應速率的影響,體會理論模型的構(gòu)建過程,強化模型認知意識。舊知回顧1.對于有氣體參加的化學反應,在相同溫度下,增大壓強(減小容器容積),反應速率增大;減小壓強(增大容器容積),反應速率減小。2.其他影響化學反應速率的因素:如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強磁場、高速研磨等??傊蚍磻w系輸入能量,都有可能改變化學反應速率。3.催化劑影響化學反應的機理是降低活化能。知識點一基元反應與反應歷程1.基元反應大多數(shù)化學反應并不是經(jīng)過簡單碰撞就能完成的,而往往經(jīng)過多個反應步驟才能實現(xiàn)。例如,2HI===H2+I2實際上是經(jīng)過下列兩步反應完成的:_________________,____________。其中,每一步反應都稱為__________,它反映了化學反應的__________。2HI―→H2+2I·2I·―→I2基元反應反應歷程2.反應歷程先后進行的__________反映了化學反應的反應歷程,反應歷程又稱__________。3.飛秒化學(1)基元反應的整個過程一般分為始態(tài)→過渡態(tài)(或中間體、中間產(chǎn)物)→終態(tài)?;磻磻獧C理(2)跟蹤和檢測化學反應中某些壽命______的中間體或________,必須采用10-15~10-12s的時間分辨技術(shù),可以分辨分子、原子飛秒級變動圖像的激光脈沖技術(shù),可以跟蹤、觀察基元反應的整個過程。(3)對________________的研究被形象地稱為飛秒(fs,1fs=10-15s)化學。(4)飛秒化學對了解______________、控制反應進程、充分利用物質(zhì)和能源等非常重要。極短過渡態(tài)超快速化學反應化學反應機理
①反應過程中CO2未全部斷鍵而HI全部斷鍵。 (
)②H…O…CO是HI與CO2雙分子反應的過渡態(tài)產(chǎn)物。 (
)③觀察到H…O…CO解離需用1ps,說明HI與CO2反應極快。 (
)④該反應的起點是HI的解離,終點是·OH與I·的結(jié)合。 (
)⑤中間產(chǎn)物H…O…CO屬于有機化合物。 (
)⑥飛秒化學展現(xiàn)的反應歷程為“化學反應的實質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù)。
(
)√√×√×√[解析]
①結(jié)合反應過程片段,HI分子中的H—I斷裂,提供的H·與CO2反應,反應過程中H·+CO2―→H…O…CO,CO2中的化學鍵部分斷裂,HI全部斷鍵,正確。②由反應過程可以看出HI分子中的H—I斷裂,提供的H·與CO2反應生成H…O…CO,H…O…CO轉(zhuǎn)化為·OH、CO,故H…O…CO是HI與CO2雙分子反應的過渡態(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,因為H·+CO2―→H…O…CO反應的快慢不知,無法說明HI與CO2反應極快,錯誤。④該反應的起點是HI的解離生成H·、I·,終點是·OH與I·的結(jié)合,正確。⑤中間產(chǎn)物H…O…CO,不屬于有機化合物,錯誤。⑥飛秒化學展現(xiàn)的反應歷程中HI解離為H·和I·以及·OH與I·結(jié)合等均為“化學反應的實質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù),正確。知識點二碰撞理論1.基元反應發(fā)生的先決條件反應物的分子必須發(fā)生______,但并不是反應物分子的每一次碰撞都能發(fā)生化學反應。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(shù)是______的。(2)活化能:活化分子具有的__________與反應物分子具有的平均能量之差,叫作反應的活化能。有效碰撞一定平均能量4.反應物、生成物的能量與活化能的關(guān)系以下是HI分解反應中分子碰撞示意圖:A碰撞時的能量不足,B碰撞時的取向不合適,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)生化學反應?(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?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,其原因是什么?[提示]
(1)圖A中分子碰撞時能量不足,它們之間的碰撞為無效碰撞,不能使HI發(fā)生化學反應。(2)不能;因為活化分子碰撞時還要有合適的取向,而圖B中的碰撞取向不合適;這種碰撞是無效碰撞,不能使HI發(fā)生分解反應。(3)活化分子碰撞時有合適的取向,這樣碰撞能使HI分子內(nèi)的共價鍵斷裂形成自由基(I·),然后自由基結(jié)合生成分子,從而發(fā)生化學反應。1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(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)生化學反應。 (
)(4)能發(fā)生有效碰撞的分子必須具有足夠高的能量。 (
)(5)當碰撞的分子具有足夠的能量和適當?shù)娜∠驎r,才能發(fā)生化學反應。
(
)√××√√2.一定條件下,CH4分解形成碳的反應過程如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是(
)A.該反應為吸熱反應B.該反應過程共分4步進行C.第三步的正反應活化能最小D.第二步反應的ΔH2小于第三步反應的ΔH3√D
[該反應反應物的總能量小于生成物的總能量,故為吸熱反應,A正確;該反應過程中4個H原子逐步失去,故共分4步進行,B正確;由圖像可知,第三步的正反應活化能最小,C正確;由圖像可知,第二步反應的ΔH2大于0,第三步反應的ΔH3小于0,故ΔH2大于ΔH3,D錯誤。]知識點三運用碰撞理論解釋外界條件對化學反應速率的影響1.濃度當其他條件相同時,反應物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)______→單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學反應速率______;反之,化學反應速率______。增多增加增大減小2.壓強(適用于有氣體參加的反應)當其他條件相同時,增大壓強→氣體體積縮小→反應物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)______→單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學反應速率______;反之,化學反應速率______。壓強對化學反應速率的影響,可轉(zhuǎn)化成濃度對化學反應速率的影響。增多增加增大減小3.溫度微觀解釋:當其他條件相同時,升高溫度→活化分子的百分數(shù)______→單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學反應速率______;反之,化學反應速率______。增大增加增大減小4.催化劑當其他條件相同時,使用催化劑→改變了反應的歷程(如圖),反應的活化能______→活化分子的百分數(shù)______→單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)______→化學反應速率______。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。化學反應也有類似的情況,碰撞理論認為改變外界條件可使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)改變,從而使反應速率改變?;卮鹣铝袉栴}:(1)為什么增大反應物的濃度會影響化學反應速率呢?(2)增大壓強一定能增大反應速率,減小壓強一定能減小反應速率嗎?為什么?如何理解“改變體系壓強可改變反應速率”?(3)為什么溫度的變化會影響化學反應速率?(4)催化劑對化學反應速率的影響有何特點?[提示]
(1)其他條件不變,當增大反應物的濃度時,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,導致化學反應速率增大。(2)其他條件不變時,增大壓強不一定增大反應物的濃度,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,反應速率不一定增大。其他條件不變時,減小壓強不一定減小反應物的濃度,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,反應速率不一定減小。所以,只有改變了壓強,導致反應物濃度改變時,才能改變化學反應速率。(3)其他條件不變時,升高溫度,可以使反應物分子能量增大,一部分原來能量較低的普通分子變成活化分子,使活化分子百分數(shù)增加,有效碰撞次數(shù)增多,化學反應速率增大。(4)不同的催化劑對化學反應速率的催化效果不同。1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(1)活化能大的反應一定是吸熱反應。 (
)(2)碰撞次數(shù)多,反應速率快。
(
)(3)催化劑能降低反應所需的活化能,ΔH也會發(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.有氣體參加的反應中,能使單位體積內(nèi)反應物中活化分子數(shù)和活化分子百分數(shù)都增大的方法是(
)①增大反應物濃度②增大壓強③升高溫度④加入催化劑A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.③④√D
[①增大反應物的濃度和②增大壓強,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數(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數(shù),故D項符合題意。]3.過渡態(tài)理論認為化學反應不是通過反應物分子的簡單碰撞完成的。在反應物分子生成產(chǎn)物分子的過程中,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一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子。按照過渡態(tài)理論,NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g)的反應歷程如圖,下列有關(guān)說法正確的是(
)C
[活化分子之間的碰撞不一定能發(fā)生反應,不一定是有效碰撞,故A項錯誤;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,第一步反應速率越慢,故B項錯誤;第一步反應斷裂化學鍵,需要吸收能量,故C項正確;反應速率主要取決于慢反應的速率,故D項錯誤。]√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,第一步的反應速率越快C.第一步反應需要吸收能量D.該反應的反應速率主要取決于第二步反應知識點四催化機理與反應歷程1.催化劑特點(1)催化劑具有高效性和______性,某種催化劑對某一反應可能催化活性很強,但對其他反應不一定具有催化作用,可以選用______________來調(diào)控反應。(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),溫度過高,催化活性______。選擇合適的催化劑降低2.催化劑與反應歷程(1)催化反應歷程可表示為擴散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。(2)催化劑通過參與反應改變__________、______反應的活化能來加快反應速率?;罨茉酱螅磻絖___進行。(3)復雜反應中的速率控制步驟決定反應的速率,各步基元反應活化能(能壘)____的慢反應是決定整個反應速率的關(guān)鍵步驟。故改變溫度,活化能____的反應速率改變程度大。反應歷程降低難大大1.氮氣與氫氣在催化劑表面發(fā)生合成氨反應的微粒變化歷程如圖所示。√下列關(guān)于反應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)生化學反應就是構(gòu)成物質(zhì)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(gòu)成新的物質(zhì),氫分子和氮分子都是由兩個原子構(gòu)成,它們吸附在固體催化劑的表面會分解成單個的原子,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的熱分解反應:2N2O===2N2+O2,其反應機理包含以下步驟:第一步:I2(g)―→2I(g)(快反應)第二步:I(g)+N2O(g)―→N2(g)+IO(g)(慢反應)第三步:IO(g)+N2O(g)―→N2(g)+O2(g)+I(g)(快反應)下列說法錯誤的是(
)A.第二步對分解反應速率起決定作用B.I2濃度與N2O分解速率無關(guān)C.慢反應的活化能高于快反應的活化能D.第二步反應中I(g)作還原劑√B
[A.慢反應決定總反應速率,A正確;B.I2濃度越大,快反應I2(g)―→2I(g)的反應速率越快,單位時間內(nèi)生成的I(g)濃度越大,N2O分解速率越大,B錯誤;C.慢反應的活化能高于快反應的活化能,C正確;D.第二步反應中I(g)失去電子,作還原劑,D正確。]3.NO催化O3生成O2的過程由以下3步基元反應構(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。下列說法正確的是(
)A.3步基元反應都是放熱反應B.第1步是總反應的決速步C.該過程共有3種中間產(chǎn)物D.總反應2O3(g)===3O2(g)的焓變?yōu)棣1+ΔH2-ΔH3√B
[由題圖可知,第1步反應中反應物的總能量小于生成物的總能量,為吸熱反應,A錯誤;第1步正反應活化能最大,故第1步是總反應的決速步,B正確;由3步基元反應可知,該反應的中間體只有NO2和O兩種,C錯誤;由蓋斯定律可知,3步基元反應相加得總反應2O3(g)===3O2(g),則ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,D錯誤。]隨堂評估·知能落實1.化學反應是有反應歷程的,下列有關(guān)敘述錯誤的是(
)A.所有的化學反應都由多個基元反應構(gòu)成B.化學反應不同,反應歷程就不相同C.反應物的結(jié)構(gòu)和反應條件決定著一個反應的反應歷程D.由多個基元反應構(gòu)成的化學反應中,其快慢取決于反應歷程中的慢反應√243題號15A
[A.某些反應是由多個基元反應構(gòu)成的而還有一些反應其本身就是1個基元反應,A錯誤;B.每個化學反應都有自己獨特的反應歷程,反應歷程互不相同,B正確;C.反應物的結(jié)構(gòu)和反應條件共同決定該反應的反應熱、反應方向和反應歷程,C正確;D.慢反應由于反應時間較長,決定著由多個基元反應構(gòu)成的化學反應的反應時間,D正確。]243題號152.有關(guān)碰撞理論,下列說法不正確的是(
)A.具有足夠能量的分子(活化分子)相互碰撞不一定能發(fā)生化學反應B.增大反應物的濃度,活化分子百分數(shù)增大,有效碰撞的次數(shù)增加,反應速率增大C.升高溫度,活化分子百分數(shù)增加,有效碰撞的次數(shù)增加,反應速率增大D.催化劑能降低反應的活化能,提高活化分子百分數(shù),有效碰撞的次數(shù)增加,反應速率增大√243題號15B
[增大反應物的濃度,活化分子百分數(shù)不變,但單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多,B錯誤。]
√243題號15C
[A.一個反應的反應速率主要由慢反應決定,則該反應的反應速率主要由第②步基元反應決定,A不正確;B.由反應機理可知,該反應的反應速率由第②步基元反應決定,增大SO2的濃度不能顯著提升第②步基元反應的反應速率,B不正確;C.V2O5是反應的催化劑,能降低反應的活化能,使更多的分子成為活化分子,從而提高該反應活化分子百分數(shù),使有效碰撞次數(shù)增加,反應速率加快,C正確;D.只知道該反應的ΔH,無法計算該反應的正、逆反應的活化能,D不正確。]243題號1
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