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1、第3课时活化能核心素养发展目标1.知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程。2.能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的建构过程，强化模型认知意识。一、基元反应与反应历程1基元反应大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为基元反应。如2HI=H2I2的两步基元反应为2HIH22I、2II2。2反应机理先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。3飞秒化学(1)基元反应的整个过程一般分为：始态过渡态终态(或中间体、中间产物)。(2)跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的中间体或过渡
2、态，必须采用10151012 s的时间分辨技术，可以分辨分子、原子飞秒级变动图像的激光脉冲技术，可以跟踪、观察基元反应的整个过程。(3)对超快速化学反应的研究称为飞秒(fs,1 fs1015 s)化学。(4)飞秒化学对了解化学反应机理、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。1由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现：Ce4Mn2Ce3Mn3；Ce4Mn3Ce3Mn4；TiMn4Ti3Mn2。由此可知：(1)该反应的总反应的方程式为_。(2)该反应的催化剂是_。答案(1)2Ce4Ti=2Ce3Ti3(2)Mn2解析催化剂是在化学反应里能改变反应物的化
3、学反应速率(既能提高也能降低)，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4最终变为Ce3，Ti变为Ti3，Mn2没变，故为催化剂。2甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4CH3CH3H2，该反应的机理如下：CH4CH3H；_；CH4HCH3H2；CH3HCH4。补充反应的方程式。答案CH3CH4CH3CH3H解析烷烃的热解反应，是典型的自由基反应，自由基反应一般经历链引发、链传递、链终止的过程，故第二步反应属于链传递环节，产物中还有自由基生成，且生成物有乙烷，故确定其反应原理为CH3CH4CH3CH3H。3利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除废气中的NO
4、和NO2，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示：(1)X是_。(2)上述历程的总反应为_。(3)由反应历程可知，(NH4)(HNO2)是该反应的_。答案(1)N2、H2O(2)2NH3NONO22N23H2O(3)中间产物解析(1)图示反应可以生成X的反应为(NH4)2(NO2)2NO=(NH4)(HNO2)XH，由原子守恒判断X为N2和H2O。(2)由反应历程图可知，氨气、二氧化氮和一氧化氮是反应物，氮气与水是生成物，所以总反应为2NH3NONO22N23H2O。(3)由反应历程可知，(NH4)(HNO2)是该反应的中间产物。在催化循环反应体系中：催化剂首先直接和原料反应，反应前后存在，反应
5、过程中不存在，催化剂可循环再生，即“失而复得”；而中间体(中间产物)只在反应过程中出现。1卤代烃与端基炔(RCCH)催化偶联反应的一种机理如图所示。下列说法错误的是()A偶联反应中起催化作用的是M和CuIBRCCCu为该催化过程的中间产物C该偶联反应的原理为RCCHRIRCCRHID该催化机理改变了反应路径和反应热答案D解析由转化图可知，偶联反应中起催化作用的是M和CuI，故A正确；由转化关系可知，RCCCu产生后又被消耗，为该催化过程的中间产物，故B正确；由流程可知，该偶联反应的原理为RCCHRIRCCRHI，故C正确；催化剂改变反应路径，不改变反应热，故D错误。2CO与N2O在铁催化剂表面
6、进行如下两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。第一步：Fe*N2O=FeO*N2第二步：FeO*CO=Fe*CO2回答下列问题：(1)该反应的催化剂是_。(2)第一步反应是_(填“放热”或“吸热”，下同)反应，第二步反应是_反应。(3)该反应的总反应化学方程式为_。答案(1)Fe*(2)放热放热(3)CON2O=N2CO2解析(1)由题意可知，第一步Fe*被消耗，第二步又生成，说明Fe*是反应的催化剂。(2)根据反应历程图可知，两步反应的生成物的总能量均低于反应物的总能量，则两步反应均为放热反应。(3)根据盖斯定律：第一步反应第二步反应总反应，则总反应为CON2O=N2CO2。二、影响化学反
7、应速率的理论分析1基元反应发生的先决条件反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次碰撞都能发生化学反应。2有效碰撞3活化能和活化分子(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。(2)活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。4反应物、生成物的能量与活化能的关系图5有效碰撞理论影响化学反应速率因素的解释(1)浓度反应物浓度增大单位体积内活化分子数增多单位时间内有效碰撞的次数增加化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。(2)压强增大压强气体体积缩小反应物浓度增大单位体积内活化分子数增多单位
8、时间内有效碰撞的次数增加化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。(3)温度升高温度，反应物分子的能量增加使一部分原来能量较低的分子变成活化分子活化分子的百分数增大单位时间内有效碰撞的次数增加化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。(4)催化剂使用催化剂改变了反应历程(如下图)，反应的活化能降低更多的反应物分子成为活化分子活化分子的百分数增大单位时间内有效碰撞的次数增加化学反应速率增大。(1)当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时才能发生化学反应()(2)活化能大的反应一定是吸热反应()(3)催化剂能降低反应所需的活化能，H也会发
9、生变化()(4)活化能越高，反应越难发生，反应速率越慢()(5)增大反应物的浓度，使活化分子百分数增大，化学反应速率增大()(6)增大压强，活化分子百分数增大，化学反应速率一定增大()(7)升高反应体系温度，活化分子百分数增大，化学反应速率一定增大()(8)一般使用催化剂可降低反应的活化能，活化分子百分数不变，化学反应速率增大()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1浓度、压强、温度、催化剂四因素中，能够改变活化分子百分数的有哪些？提示温度、催化剂能够改变活化分子百分数。2基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。例
10、如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3BrOHBrCH3OHBrCH3OH过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能，基元反应的活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢。请用有效碰撞理论解释原因。提示活化能大时，反应物分子不易成为活化分子，很少发生有效碰撞，反应不易发生。1下列说法不正确的是()A图甲中曲线可以表示催化剂降低了反应的活化能B图乙中HI分子发生了有效碰撞C盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零D增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加答案B解析催化剂可降低反应的活化能，A正确；能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，由图乙可知碰撞后没有生
11、成新物质，即没有发生化学反应，不是有效碰撞，B错误；盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水，在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态，因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零，C正确；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，D正确。2H2O2是重要的消毒剂、氧化剂，研究其分解反应有重要意义。KI能催化H2O2的分解。不加KI：2H2O2=2H2OO2加入KI：H2O2I=H2OIO；H2O2IO=H2OO2IH2O2分解反应过程中能量变化如图所示。下列判断不正确的是()A加入KI后改变了反应的历程B加入KI后改变了反应2H2O2=2H2OO
12、2的反应热CH2O2I=H2OIO是吸热反应DKI降低了该反应的活化能答案B解析由反应历程图可知，不加KI时反应一步完成，加入KI后分两步进行，并且KI是催化剂，即加入KI后改变了反应的历程，故A项正确；KI是该反应的催化剂，但催化剂不能改变反应的始态和终态，即不能改变反应的反应热，故B项错误；加入KI后反应分两步进行：H2O2I=H2OIO、H2O2IO=H2OO2I，由图可知，H2O2和I具有的能量小于H2O和IO具有的能量，所以该步反应是吸热反应，故C项正确；催化剂能降低反应的活化能，KI是该反应的催化剂，降低了反应的活化能，故D项正确。 活化分子、有效碰撞与反应速率的关系三、催化机理与
13、反应历程1催化剂特点(1)催化剂具有高效性和选择性，某种催化剂对某一反应可能催化活性很强，但对其他反应不一定具有催化作用，可以选用合适的催化剂来调控反应。(2)催化剂的催化活性除了与自身成分有关外，还与粒径、合成方法等因素以及温度、压强等条件有关，催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内，温度过高，催化活性降低。2催化剂与反应历程(1)催化反应历程可表示为扩散吸附断键成键脱附。(2)催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来加快反应速率。活化能越大，反应越难进行。(3)复杂反应中的速度控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能大的反应速率改变程度大。1反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应：CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应：CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_(填“优于”或“劣于”)Y，理由是_
