1.绪言 活化分子 活化能
化学反应原理——绪言
绪言大纲有关要求：初步了解“有效碰撞”“活化分子与活化能”的概念模型，认识催化剂对于化学科学研究和化工生产的巨大作用。
教学目标：1学习化学原理的目的，认识物质的各种化学性质是有规律可循的，而这些规律是化学的精髓，需要下工夫学习掌握。
2化学反应原理所研究的范围，了解本书的基本内容和学习方法，认识学习概念模型是学习和研究化学反应原理的基础。
教学重点：初步了解“有效碰撞”“活化分子与活化能”的概念模型。
教学难点：初步了解“有效碰撞”“活化分子与活化能”的概念模型。
教学媒体：PPT教学方法：自学阅读，小组互助【引入】化学研究的核心问题是化学反应，化学具有创造性的工作是：设计和创造新的分子，要实现这个过程我们就必须对化学反应原理理解清楚。
我们已经学习过很多的化学反应，也做过不少化学实验。
那么化学反应时怎样发生的？化学反应遵循怎样的规律呢？为什么有的化学反应快，有的反应慢？如何能控制化学反应为人所用呢？要解决这一系列的问题就要依赖于化学反应原理这一模块的学习。
【板书】一、化学反应原理的研究内容【问题情境1】课件投影【问题】为什么反应的难易程度不同？【结论】物质之间能否反应，以及反应的难易程度都是由反应物本身的性质决定的，即影响化学反应速率的根本原因——反应物本身的性质（内因）反思：让学生明白内因是根本。
【问题情境2】（课件投影）将H2、O2混合，在室温的条件下可以存在数百年，但点燃后却会发生剧烈的爆炸反应，而且只要配比适当，可以完全转化为生成物。
【问题】由此说明了什么问题？【结论】对于一个确定的化学反应，不同的外界条件都能够改变化学反应速率。
在化学反应的“内因”确定的情况下，“外因”则是变化的条件。
【问题情境3】（课件投影）H2和N2即使在高温、高压、有催化剂的条件下反应也不能完全转化为生成物。
【问题】由此又能得出什么结论？【结论】该反应有一定限度的。
反思:有些反应是有限度的【总结】化学反应“速率”、“方向”和“限度”正是化学反应原理研究的主要内容。
化学反应中的催化剂与活化能知识点总结
化学反应中的催化剂与活化能知识点总结在化学反应的世界里，催化剂和活化能是两个至关重要的概念。
它们对于理解化学反应的发生机制、速率以及反应条件等方面都有着不可或缺的作用。
接下来，让我们一起深入探索这两个重要的知识点。
首先，我们来聊聊什么是活化能。
简单来说，活化能就像是化学反应中的一个“门槛”。
想象一下，一个反应就像是一群人要翻过一座山才能到达目的地。
这座山的高度就相当于活化能。
只有当反应物拥有足够的能量，能够达到这个“高度”，反应才能够顺利发生。
活化能的大小决定了反应进行的难易程度。
如果活化能很高，就好像这座山又高又陡峭，那么反应物需要具备大量的能量才能翻越，反应就不容易进行，反应速率会很慢；反之，如果活化能较低，就像山不那么高，也不那么陡峭，反应物相对容易达到这个能量要求，反应就能比较容易地发生，反应速率也会比较快。
那么，催化剂在这个过程中扮演着什么样的角色呢？催化剂可以被看作是为反应物开辟了一条“捷径”。
还是用刚才翻山的例子，催化剂就像是在山中间开凿了一条隧道，让反应物可以不必费力地翻山越岭，而是通过隧道更轻松地到达另一边。
催化剂能够降低反应的活化能，但它在反应前后自身的性质和质量都不会发生改变。
这是催化剂的一个非常重要的特点。
也就是说，催化剂只是帮助反应物更容易地达到反应所需的能量状态，但它自己并没有被“消耗”掉。
催化剂降低活化能的方式有多种。
有的催化剂通过与反应物形成中间产物，改变了反应的路径，从而降低了活化能；有的则是通过改变反应物的分子结构，使其更容易发生反应。
在实际的化学反应中，催化剂的种类繁多。
按照状态可以分为固体催化剂、液体催化剂和气体催化剂。
比如在工业上，合成氨反应中使用的铁触媒就是一种固体催化剂；而在一些有机反应中，常用的酸、碱溶液则是液体催化剂。
不同的催化剂具有不同的选择性。
这意味着一种催化剂可能对某一个特定的反应非常有效，但对于其他反应可能就毫无作用。
这种选择性使得我们可以通过选择合适的催化剂来控制反应的方向和产物的生成。
单介绍关于活化能的定义`碰撞理论 `过渡状态理论,以图更好地
εi kBT
2
exp(−
εi kBT
ki
exp(−
εi kBT
)
)
−
i
εi kBT
2
exp(−
εi kBT
)
exp(− ε i )
=
Ea RT 2
=
Ea kB N AT 2
i
kBT
(18)
也就有
∑ ∑ kiε i ni
ε i ni
∑ ∑ Ea = N A ( i
−i ki ni
ni ) = N A (ε活化分子 − ε分子）= E活化分子 − E
四 过渡状态理论[4]
碰撞理论简单明了直观地说明了反应速率与活化能的关系，但没有从分子内
部结构揭示活化能的物理意义，因此还存在有很大的缺点。20 世纪 30 年代，爱 林(Eying)等在阿仑尼乌斯的基础上，提出了过渡状态理论(亦称活化络合物理论 或绝对反应速度理论)。
理论基本内容：当两个具有足够能量的反应物分子相互接近时，分子的价键
(12)
式中ν
≠ 0
与ν
0
分别为活化络合体、反应物分子的振动基频，h
为普朗克常数。如
图 4 所示。
图 4 Eb与E0的关系示意图
按过渡状态理论，活化能的本质是克服一个能垒。由于过渡状态理论将反 应物分子的微观结构与反应速率联系起来，在利用统计力学和量子力学结果的基 础上，提供了理论上计算活化能的可能性，比碰撞理论又前进了一大步。
3
图 3 有效碰撞与分子取向示意图
碰撞理论明确地指出，反应的活化能是指反应分子要发生有效碰撞(即活化 分子)所需具有的能量最低值，即活化分子具有的最低能量。又称临界能或阀能， 显然是个绝对值，而不是能的差值。但有些教材把碰撞理论的活化能定义为：活
什么是活化能
什么是活化能
活化能是指在化学反应中，反应物必须克服的能垒，以便转化为产物。
活化能的概念由美国化学家路易斯·波特兰·布朗和英国化学家威廉·约翰·麦克夸恩·布特尼于20世纪初提出。
活化能的计算公式为：
Ea =ΔH‡+Σ(Ei)
其中，Ea表示活化能，ΔH‡表示活化焓变，Ei表示反应物分子中的化学键能。
活化能对化学反应速率的影响至关重要。
活化能越高，反应速率越慢。
这是因为反应物分子需要积累足够的能量，才能克服活化能，转化为产物。
反之，活化能越低，反应速率越快。
降低活化能的方法有：
1.提高温度：提高温度可以使反应物分子具有更高的平均动能，从而增加反应物分子克服活化能的概率。
2. 使用催化剂：催化剂可以提供一个低能垒的反应路径，使反应物分子更容易转化为产物。
3.改变反应物浓度：增加反应物浓度可以提高反应速率，但活化能不变。
活化能在化学领域具有广泛的应用，例如催化剂设计、反应动力学研究和能源转化等。
了解活化能的原理，有助于我们更好地掌握化学反应的规律，为化学研究和工业生产提供理论指导。
11.8关于活化能(课堂PPT)
已知碘与氢的反应是复杂反应
H2I2 k 2HI
总速率表示式为
rd[dHt2]k[H2][I2]
5
已知反应的历程为
(1)I2M噲 垐 kk 垎 1垐 1 2IgM
(2 ) H 2 2 Ig k 2 2 H I
u r r1k1[I2][M ]
k1 A1
exp
Ea,1 RT
r s u u 1k1I2M
E a,1 -E a,-1 RT2
=
d
ln (k1 dT
k 1 )
=
d
ln K c = dT
rUm RT2
Ea,1-Ea,-1rUm
K
c=
k1 k2
则 rUm=Um(产物) – Um(反应物) = Ea,1 – Ea,-1 即 Ea,1 + Um(反应物) = Ea,-1 + Um(产物) = Um(活化态)
式中A0，m 和 E0 都是要由实验测定的参数，
与温度无关。这就称为三参量公式。
8
三参量公式也可表示为
lnTkm
lnA0
E0 RT
lnklnA0mlnTR ET 0
这两个都是线性方程，从直线斜率可得 E 0
Arrhenius公式中，当升高温度，以 lnk 对1/T 作图的直线会发生弯折，这说明活化能还是与温度 有关，所以活化能的定义最好用下式表示：
对于基元反应，活化能有较明确的物理意义， 而复杂反应的活化能仅是基元反应活化能的特定 组合。
2
Tolman 用统计平均的概念对基元反应的活 化能下了一个定义：活化分子的平均能量与反应 物分子平均能量之差值，称为活化能。
*
Ea E ER
设基元反应为
单介绍关于活化能的定义`碰撞理论 `过渡状态理论,以图更好地
εi kBT
2
exp(−
εi kBT
ki
exp(−
εi kBT
)
)
−
i
εi kBT
2
exp(−
εi kBT
)
exp(− ε i )
=
Ea RT 2
=
Ea kB N AT 2
i
kBT
(18)
也就有
∑ ∑ kiε i ni
ε i ni
∑ ∑ Ea = N A ( i
−i ki ni
ni ) = N A (ε活化分子 − ε分子）= E活化分子 − E
exp RT
(10)
式中E0为绝对零度时势能面上活化络合体与反应物内能之差。
4
按式(1)，得活化能
Ea = E0 + nRT
(11)
E0值并不能直接得到，因为位能面得到的位垒Eb是在位能面上沿最低能量途
径上鞍点与反应物分子势能底部的位能差值。关系为
∑ ∑ E0 = Eb +1/ 2(
hν
≠ 0
−
hν 0 )N A
浅谈活化能
徐立谦
（西北大学化学系 05 级材料化学专业 西安 710069）
摘 要：活化能是一个非常重要但其本质的解释却模糊不清的概念。本文通过简 单介绍关于活化能的定义、碰撞理论 、过渡状态理论，以图更好地理解活化能 这一概念。 关键字：反应速率 活化能 碰撞理论 过渡状态理论
一 引 言[1]
活化能是 1889 年前瑞典科学家阿仑尼乌斯(Arrhenius)最早提出的概念，它 在化学中具有重要的意义。但就其定义和本质，不同学者意见不同。例如，关于 对活化能概念的解释，至少有三类意见：
活化能的名词解释
活化能的名词解释活化能是化学反应中一个重要的概念，指的是使反应物转变为产物所需的能量。
活化能决定了化学反应是否能够发生以及反应的速率。
一、活化能的概念活化能是指在反应物转变为产物的过程中，需要克服反应物粒子之间的相互作用力和维持稳定结构的能量差，这个能量差称为活化能。
换句话说，化学反应需要一定的能量才能打破反应物之间的键并形成新的键。
二、化学反应的能量图谱为了更好地描述活化能的概念，化学家们引入了能量图谱的概念。
能量图谱是用来表示化学反应过程中能量变化的曲线图。
在能量图谱中，横轴表示反应进程，纵轴表示反应能量。
反应物的能量在图谱上一般表示为起始点，产物的能量则表示为结束点。
而反应物到产物的过程中所需的能量差，即活化能，通常由能量图谱上的峰值表示。
活化能的高低决定了反应的快慢。
当活化能高时，表示反应物转变为产物的过程需要较大的能量输入，因此反应速率较慢。
而当活化能较低时，表示反应物转变为产物的过程能够以较小的能量输入实现，因此反应速率较快。
三、活化能与反应速率的关系活化能与反应速率之间存在一种直接关系。
根据化学动力学理论，反应速率与活化能相关联，即反应速率随着活化能的增加而减少，反之亦然。
活化能越高，反应的速率越慢，因为增加的能量使反应物更难以达到激发状态并形成产物。
反之，如果活化能越低，反应速率越快，因为较少的能量输入使反应物更容易进入激发状态并转变为产物。
四、影响活化能的因素活化能的大小受到多种因素的影响，其中最主要的因素包括反应物间的键能和活性、反应物之间的相互作用和反应物的浓度。
当反应物间的键能较强时，反应物之间的键更难被打破，导致活化能较高。
而当反应物的浓度较高时，反应物之间的碰撞更频繁，有助于提高反应速率并降低活化能。
总结：活化能是化学反应需要的能量差，决定了反应是否能够发生以及反应的速率。
它与反应速率之间存在直接关系，活化能越高，反应速率越慢。
影响活化能的主要因素包括反应物之间的键能和活性、反应物之间的相互作用以及反应物的浓度。
《化学反应原理》教材分析及教学建议
《化学反应原理》教材分析及教学建议江苏省镇江中学高三化学备课组2007-11-10《化学反应原理》选修模块与原教材有相似之处，与《化学2》也有相似之处，但同中有变：内容变化了，增加了熵与熵变、化学反应的方向性、电离常数、沉淀溶解平衡等知识；要求变化了，某些知识的教学要求有所提高，例如，盖斯定律从“阅读”提高到“能用盖斯定律进行计算”，化学平衡常数从“了解”提高到“知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应的转化率”等等；内容组织也发生了很大变化，增设了很多栏目引导学生探究、分析、比较、归纳，更加关注化学与社会的联系，突出化学的应用价值。
各种变化根本上就是要求教师的教学方式和学生的学习方式作出相应变化调整。
根据我们备课组在新课教学以及第一轮复习中的一些体会，现将该模块的教材分析和教学建议总结如下：一、人教版与苏教版教材的比较（一）两种版本教材的相同之处1．注重科学性，并突出新思想、新内容现代科学的发展使一些经典原理的含义或应用发生了质的变化，教材尽量避免内容在科学性上与现代科学脱节（例如：化学平衡常数的引入）；注重科学性，尤其避免为了“浅出”而随意地、错误地解释概念，使教材在科学性上具有相对长的生命力（例如：焓变、熵变的引入）。
2．重视知识的框架结构，重在介绍学术思想使知识点服从于知识的框架结构，并尽可能使同学们多了解学术思想的形成、演变与发展，从本质上理解这些人类知识结晶的精髓，避免只见树木不见森林。
3．突出化学是一门实验科学的特点尽可能给学生提供动手实验的机会，强调实验对于理论产生的重要性。
人教版教材共有21个实验，苏教版教材共有22个实验。
4．突出模型化研究方法的特点介绍知识时避免将理论绝对化，任何理论都不能随意使用，不可能放之四海而皆准。
5．注重知识发展的阶段性与连续性注重与必修内容的衔接（原电池、电解池、化学反应速率和限度），注重教材内部内容的衔接（反应焓变→反应方向的判据→化学平衡移动→溶液中的离子平衡，如电离平衡、水解平衡、溶解平衡等），注重与大学内容的衔接（焓变、熵变、化学反应的方向、沉淀溶解平衡），不是简单地将大学内容搬来，简单下移，而是精心设计、精心选择，遵循螺旋式上升的认识规律，在深入浅出上下功夫，让学生在中学阶段对相关问题有一个正确的概念、基本的了解，更深层次、更全面的理解以及更高水平的把握留待大学阶段解决。
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绪言学案
【学习目标】
1、理解有效碰撞、活化分子的定义和联系
2、掌握活化能与反应的关系
【自主学习】
阅读绪言部分2-4页
问题导读：
1、化学反应原理：本书原理
（1）化学反应的反应___________、反应__________以及反应限度（即平衡）（2）电解质溶液中的__________________反应
（3）化学反应与能量
（4）电能、化学能相互转化为基础电化学的过程和装置
2、化学反应的本质是什么？
答：反应物中旧化学键的________，生成物中新的化学键的__________。
【自主探究】
3、碰撞理论模型：
（1）化学反应必须发生分子间的碰撞，能发生化学反应的碰撞称___________。
（2）能发生这样碰撞的（____________）的分子叫__________分子。
思考：活化分子之间的碰撞是否就是有效碰撞呢？
答：活化分子必须有_____________时发生的碰撞才能是有效碰撞。
（3）普通分子与活化分子有什么区别？普通分子怎么样才能成为活化分子？
答：（4）活化分子具有的能量就叫做活化能，对吗？答__________！
活化能是指活化分子________的那部分能量。
（比反应物分子平均能量低）【概括】（一）化学反应必备两个条件：第一，分子有较高_____（即_________）
第二，碰撞要有合适的_____________。
（二）叙述一个反应要发生一般要经历的过程。
4、化学反应、活化能、反应热的关系：请绘制反应过程中活化能与反应热的关系的
二维图像（可参阅课本P3页）。
【习题训练】
1、填空
（1）活化分子指的是_____________________________________。
（2）有效碰撞是指引起分子间的发生_______________的碰撞。
（3）活化能是指________________多出的那部分能量。
活化能越小，则一般分子成为活化分子越__________，则活化分子数越多，单位时间内的有效碰撞越_______，则反应速率越_______。
常用的提供活化能的方法有：________、光照、超声波、核辐射、外加磁场等。
2、判断正误：打“√”或“×”。
A．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。
（）B．分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件。
（）
C．有效碰撞是发生化学反应的充分条件。
（）
D．发生有效碰撞的分子一定是活化分子。
（）
E．活化分子的碰撞一定是有效碰撞。
（）
F．活化分子间每次碰撞都发生化学反应。
（）
G．有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关。
（）H．活化能的大小决定这个化学反应前后的能量变化大小。
I．催化剂使不起反应的物质间发生反应。
（）
J．实验室制氢气时，若向稀硫酸中加几滴硫酸铜溶液，则产生氢气的速率加快，该反应中硫酸铜是催化剂。
（）
K．单独加热氯酸钾，产生氧气的速率小，而将少量高锰酸钾和氯酸钾共热制氧气，产生的氧气速率明显加快，该实验中高锰酸钾是催化剂。
（）
3、有没有活化能为零的反应？举例说明？。