关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论
Arrhenius公式中活化能和指前因子求法的讨论
Arrhenius公式中活化能和指前因子求法的讨论
金胜明
【期刊名称】《浙江工业大学学报》
【年(卷),期】1993(000)004
【总页数】1页(P72)
【作者】金胜明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O643.1
【相关文献】
1.关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论 [J], 王新平;王旭珍;王新葵;刘泽群;牛家豪
2.气相化学反应中不同速率系数对应的活化能之间关系的讨论 [J], 郭子成;任聚杰
3.MDD模式应用中若干问题的讨论Ⅱ--活化能选取的重要性 [J], 李齐;陈文寄
4.对Arrhenius公式中一些问题的讨论 [J], 刘云
5.Arrhenius公式与活化能 [J], 周遗品;赵永金;张延金
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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催化剂与活化能知识点总结化学反应中的催化剂和活化能是两个重要的概念。
催化剂可促进化学反应的进行，而活化能则表示反应参与物质在反应中所需的最小能量。
本文将对催化剂和活化能的知识点进行总结，以便更好地理解化学反应的机理和性质。
一、催化剂概述催化剂是指在化学反应中能够改变反应速率但本身并不参与化学反应的物质。
催化剂可降低反应所需的活化能，从而促进反应的进行。
催化剂在反应前后不发生永久性变化，因此在反应结束后能够被再次使用。
催化剂的作用机理可以通过活化复合物理论解释。
当催化剂与反应物相互作用时，它们形成一个活化复合物，该复合物比反应物本身更容易分解或重新组合成产物。
催化剂通过提供新的反应路径或降低反应的能垒来加速反应的进行。
二、催化剂的分类1. 催化剂可分为两类：同质催化剂和异质催化剂。
同质催化剂是指与反应物处于相同的物理状态，通常是气体或溶液中的催化剂。
一个典型的例子是酶催化反应，其中酶作为溶解在溶液中的分子参与化学反应的进行。
异质催化剂是指与反应物处于不同的物理状态。
常见的例子包括金属催化剂，如铂、钯和铑等。
这些催化剂通常以固体的形式存在，并与气体或溶液中的反应物发生反应。
2. 催化剂还可以根据其活性和特定应用进行分类。
一种常见的分类方式是酸性催化剂和碱性催化剂。
酸性催化剂通常具有较低的pH值，增加了反应的速率。
而碱性催化剂则具有较高的pH值，可以促进其他类型的反应。
另一种分类方式是金属催化剂和非金属催化剂。
金属催化剂是由金属元素组成的催化剂，如铁、镍和钯等。
非金属催化剂则主要包括氧化物、硅基催化剂等。
三、活化能概述活化能是指反应物分子在反应中具有的最低能量。
化学反应发生时，需要克服这个能垒才能完成反应，这个能垒即为活化能。
活化能的高低决定了反应的速率。
活化能可用于判断反应的速率是否快慢。
通常情况下，活化能越高，反应速率越慢。
活化能高的反应通常需要较高的温度或催化剂来加速反应。
关于活化能问题的探讨
,
具有 不
同 能量 分子 的百 分 率 分布 的情 况 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 ) 听需 具有 的 能量 最低 值 中的 E
C
,
( 式 中和 图
,
)
.
这 又 叫 做 临界 能 或 阂 能
,
它
显 然 是 个 绝 对值
z
和 g 的 计算 来 求得 反 应 速 度 和 速 度 常 数
,
。
碰 撞理 论 假 设 分 子 为 刚 球
并 由气体 分 子运动 论 得 到反应 A
:
+
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C 两 种 不 同 物质
分 子 间 每 毫 升 每 秒内 的 碰撞 数 为
~
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韩 山 师专 学 报 ( 自然科 学 版
)
1
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而 称 为 玻兹 曼 因子
,
.
若 将一 定温 定 下气 体 分子 运动 速度 ( 即分 子动 能的 分布规 律
.
)
用 图形 表示 出来
就 得 到等 温 能量 曲线
.
能 量分 布 曲线 就是 说 明在一 定温 度下
9 6
韩 山 师 专学 报 ( 自然科 学 版 )
化学反应速率速率常数和反应活化能的计算
化学反应速率速率常数和反应活化能的计算在化学反应中，我们经常关注的一个重要指标是反应速率。
反应速率是指单位时间内反应物消失或产物生成的量，通常用物质的浓度或压力随时间的变化率来表示。
反应速率常数是描述反应速率与反应物浓度之间关系的一个数值常数。
一、反应速率常数的定义和计算反应速率常数（k）定义为在反应物浓度为单位浓度时，单位时间内产物生成或反应物消失的量。
反应速率常数与反应物浓度的幂次数有关，根据速率方程式的形式可以确定。
对于简单的一阶反应，反应速率方程式可以写作：r = -d[A]/dt = k[A]其中，r为反应速率，[A]为反应物A的浓度，t为时间，k为反应速率常数。
反应速率常数的计算可以通过实验数据进行。
在实验中，我们可以通过测量反应物浓度随时间的变化来确定反应速率常数。
通过选择不同的反应物浓度和观察相应的反应速率，我们可以使用速率方程式中的数据来计算反应速率常数。
二、反应活化能的定义和计算反应活化能（Ea）是指使反应物转变为产品所需的最小能量差，又称为反应的能垒。
反应活化能是评价化学反应难易程度的重要指标，也是反应速率常数与温度之间关系的重要因素。
反应活化能可以通过阿伦尼乌斯方程来计算。
阿伦尼乌斯方程表达了反应速率常数与温度之间的关系：k = Ae^(-Ea/RT)其中，k为反应速率常数，A为指前因子，Ea为反应活化能，R为理想气体常量，T为绝对温度。
通过实验数据可以得到一组反应速率常数与温度的对应值。
利用阿伦尼乌斯方程，我们可以通过线性回归分析计算出反应活化能的数值。
三、实例分析：反应速率常数和反应活化能的计算以一阶反应为例，假设有以下反应：A → B通过在不同的温度下进行实验，并测定反应速率常数与温度的对应值，我们可以得到如下数据：温度（K）反应速率常数（s^-1）300 1.25310 2.01320 3.14330 4.85根据阿伦尼乌斯方程，我们可以进行线性回归分析来计算反应活化能的数值。
高中教学中如何讲授化学反应的活化能
这里ＮＡ是阿伏加德罗常数。最后，过渡态理 论给出的反应速率常数与温度Ｔ的关系式：
ｋ—ＡＴｍｆ丽Ｅ０ （７）
且在不太高的反应温度条件下，３者的数值相当接
近。表２对比了这３者之问的差异。
把它与阿伦尼乌斯公式对比，得到：
表２ 项目
Ｅ。、Ｅ。、Ｅｏ的对比［６—７］ 阈能
Ｅ。
阿伦尼乌斯活化能
Ｅａ
能垒 Ｂ
Ｔ一０
Ｅ。（丁）＝＜Ｅｒ（活化分子）＞一＜Ｅｒ （反应物分子）＞ 统计平均。 在以上３种解释中，只有托尔曼从统计力学提 供的解释最准确、最合理。因为人们平时观测到的 化学反应不是几个、几十个、几百个、甚至成千上 万个微观粒子（分子、原子、离子、自由基）的行 为，而是高达万亿亿个或更多数量的微观粒子行为 的统计平均结果（注意：１ ｔｏｏｌ物质有６．０２２×１０２３ 个微粒，即６千万亿亿个微粒）。因此，我们不能 采用牛顿力学描述单个或几个粒子的方法，只能用 统计方法来理解化学反应的实验规律。 １００多年来，出现过许多种描述化学反应的速 率理论。它们必然要对从实验数据总结和归纳得到 的阿伦尼乌斯方程做出解释。不同的速率理论，提 供不同的理解。下面简单介绍碰撞理论和过渡态理 论。
（Ｔｏｌｍａｎ）），即：
这与阿伦尼乌斯公式相比，可估算活化能： Ｅ—Ｅｃ＋ｌＲｒ
（５）
式中阈能Ｅｃ与温度无关，因为它仅是０ Ｋ时 的量。它可用交叉分子束技术等技术测量。按经典 碰撞理论，当分子碰撞的相对平动能大于某阈值， 化学反应才发生。所以化学反应需要活化能。
５过渡态速率理论与活化能
２０世纪３０年代，艾林（Ｅｙｒｉｎｇ）等人在统计 力学和量子力学发展的基础上提出过渡态理论。过 渡态理论的大意是，化学反应不是只通过简单碰撞 就变成产物，而是要经过一个由反应物分子以一定 的构型存在的过渡状态，形成这个过渡态需要一定 的活化能，过渡态与反应物分子间建立化学平衡， 总反应的速率由过渡态转化为产物的速率决定。以 简单反应为例：
关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论
关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论王新平;王旭珍;王新葵;刘泽群;牛家豪【摘要】讨论催化剂的活性中心数、催化剂活性结构改变与Arrhenius方程中指前因子和活化能变化的关系.由Arrhenius方程出发,讨论给出了实验室测定多相催化反应活化能的简易方法.建议本科生的反应动力学教学围绕催化过程和催化剂为中心进行.【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2011(026)003【总页数】5页(P33-37)【关键词】Arrhenits;方程;活化能;指前因子;速率系数;催化剂【作者】王新平;王旭珍;王新葵;刘泽群;牛家豪【作者单位】大连理工大学化学学院,辽宁大连,116024;大连理工大学化学学院,辽宁大连,116024;大连理工大学化学学院,辽宁大连,116024;大连理工大学化学学院,辽宁大连,116024;大连理工大学化学学院,辽宁大连,116024【正文语种】中文在世界范围内,人们已经发现并利用于工业过程的化学反应，90%以上是借助催化剂实现的[1]。
而且，催化反应在工业反应中所占的比例，还在逐年增加，其中多相催化反应尤为重要。
本科物理化学的反应动力学内容包括以下几个方面：反应速率与反应物浓度的关系(反应级数的确定)，反应速率与温度的关系(表观活化能的测定)，反应机理的提出及多相催化剂的基础知识等。
基于上述催化反应过程的发展趋势，我们认为，关于反应动力学的本科生教学，应围绕催化过程和催化剂为中心展开，使学生掌握关于催化过程的化学反应动力学基础。
对于多相催化反应，当催化剂改变时，反应速率系数随之改变，但反应机理、反应活化能以及反应级数是否会改变，则与催化剂的活性中心结构是否改变直接相关。
该内容是催化反应动力学创新思维的基础，但在以往的物理化学教材中却不够突出。
经过对多年物理化学教学进行总结，我们认为，虽然在化学动力学中关于多相催化剂的基础知识涉及不多，但将其与Arrhenius方程中的指前因子和活化能相联系，则利于学生建立关于催化反应动力学创新思维，培养其创新能力。
反应速率常数和指前因子
反应速率常数和指前因子1. 引言1.1 引言概述反应速率常数和指前因子是化学反应动力学中重要的概念，它们在描述反应速率和影响反应进程方面发挥着关键作用。
在化学反应中，反应速率常数是一个可以描述反应速率的参数，它反映了单位时间内反应物转化为产物的速度。
反应速率常数的大小取决于反应物的浓度、温度等因素，不同反应的速率常数也会有所不同。
与反应速率常数相似，指前因子也是一个影响反应速率的重要因素。
指前因子描述了在反应过程中反应物在碰撞时转化为产物的频率，它受温度、反应物的能量等因素的影响。
指前因子的大小直接影响了反应速率的快慢。
本文将围绕反应速率常数和指前因子展开讨论，探讨它们的定义、影响因素以及二者之间的关系。
通过深入了解这两个概念，我们可以更好地理解化学反应的动力学过程，为实验设计和工业生产提供理论指导和参考依据。
1.2 研究背景反应速率常数和指前因子是化学反应动力学中非常重要的两个参数。
在化学反应中，反应速率常数是描述反应速率与各个反应物浓度之间关系的一个常数，它反映了反应进行的快慢程度。
而指前因子则是描述了反应发生的概率，是一个在反应速率中起关键作用的参数。
在实际的化学反应中，研究反应速率常数和指前因子对于理解反应过程、优化反应条件等具有重要意义。
通过对这两个参数的研究，可以深入了解反应动力学规律，为合成新材料、制备新药物等提供理论指导。
反应速率常数和指前因子的影响因素也是研究的重点之一。
不同反应条件下，这两个参数的数值会有所不同，了解这些影响因素对于控制和调节反应速率至关重要。
通过对反应速率常数和指前因子的深入研究，可以更好地理解化学反应的规律，为实验设计和反应机理的研究提供有力支持。
【研究背景】2. 正文2.1 反应速率常数的定义反应速率常数是描述化学反应速率快慢的一个重要参数。
它表示单位时间内反应物转化为生成物的速率与各反应物浓度之积的关系。
具体来说，当反应速率常数为一个较大的数值时，表示反应发生得较快；当反应速率常数为一个较小的数值时，表示反应发生得较慢。
高中教学中如何讲授化学反应的活化能
６有关化学反应活化能的教学建议
６．１在教学中强调化学反应的多步性、复杂性
常见的化学反应（ｉＮ氖气与氯气的反应，氢气
与氧气的反应，甲烷在空气中的燃烧），都不是分子 间直接碰撞而完成的。它们都要通过许多单个反应 步骤才最后变成产物分子。这好比，我们每日ｉ餐 吃饭都是一口一口地进食；我们从开始读小学到高 中毕业、到进一步技能学习和职业培训、或学术深 造，必需经过许多步骤才能如愿以偿。在化学科学 中，把每单一步骤的化学反应叫基元反应，常见的 化学反应实际是许多基元反应组合后的结果，即总 包反应。例如，平时书写的如下反应都是总包反应：
１提出问题
在讨论化学反应速率时，活化能是一个非常重 要的概念。《普通高中化学课程标准（实验）》的要 求是“知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影
响”［川。但是，在目前的教材中，对活化能有不同 阐述。我们对比了人教版‘２Ｉ、苏教版Ｅ３１以及鲁科 版‘４１等教材中有关活化能教学的重要内容（见表
１）。
表１人教版、苏教版、鲁科版中有关活化能阐述的ｂｂ较
万方数据
化学教育
２０１２年第１０期
中的Ｅ。，即该化学反应的活化能。
某临界值（阈能）Ｅ。的碰撞，才是有效碰撞，才
引起化学反应［７］。经典碰撞理论给出反应速率常数 与温度Ｔ的关系式：
ｋ—ＡＴｖ：ｅ－爵 （４）
３活化能的种种解释
阿伦尼乌斯首先解释了为什么化学反应需要活 化能。他指出：“并不是所有的反应物分子都能进 行反应而转化为产物分子，只有少数能量较高的所 谓活化分子，才能进行反应转化为产物分子。Ｅ。 就是一摩尔活化分子比一般的非活化分子所高出的 能量值。”［５１ 如何准确地理解阿伦尼乌斯活化能？这是１００ 多年来有强烈吸引力的科学问题之一。随着科学的 日新月异，对化学反应需要活化能的理解也经历了 巨大变化。例如，对基元反应，这样的理解历经了 如下主要观点的变迁１６ｊ： （１）活化能是由非活化分子转变为活化分子的 能量（阿伦尼乌斯）； （２）具有完成化学反应最小的、必须的能量 （路易斯（Ｌｅｗｉｓ））； （３）在反应温度Ｔ时，全部活化分子的平均 能量与全部反应物分子平均能量之差（托尔曼
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讨 论催 化 剂 的 活 性 中心 数 、 化 剂 活 性 结 构 改 变 与 Ａ ｒｅｉｓ 程 中指 前 因 子 和 活 化 能 变 化 的关 催 ｒ ｎｕ 方 ｈ
系 。 由 Ａｒｅｉｓ 程 出 发 ， 论 给 出 了实 验 室 测 定 多 相 催 化 反 应 活 化 能 的 简 易 方 法 。建 议 本 科 生 的 反 应 动 ｒ ｎ 方 ｈ ｕ 讨 力 学 教学 围绕 催 化 过 程 和 催 化 剂 为 中心 进 行 。 关键 词 Ａｒｅｉｓ 程 ｒ ｎ 方 ｈ ｕ 活化能 指 前 因子 速 率系数 催 化 剂
数 是否 会改 变 ， 与催 化 剂 的活性 中心 结构 是否 改 变 直接 相关 。该 内容是 催 化 反 应动 力 学 创新 思 维 的 则
基 础 ， 在 以往 的物 理化 学教 材 中却不 够 突 出。经过 对 多 年物 理 化学 教 学 进 行 总结 ， 们认 为 ， 然 在 但 我 虽
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大 学 化 学
第２ ６卷
将式（ ） １ 定积 分 ， ： 得
温 度 的关 系 （ 观活 化能 的测定 ） 反应 机理 的提 出及 多相 催 化剂 的基础 知识 等 。基 于 上述 催 化反 应 过 表 ， 程 的发 展趋 势 ， 我们认 为 ， 于反 应动 力学 的本 科生 教学 ， 围绕催 化 过程 和催化 剂 为 中心 展开 ， 关 应 使学 生 掌 握关 于催 化过 程 的化学 反应 动 力学基 础 。 对 于 多相催 化反 应 ， 当催 化剂 改变 时 ， 反应 速率 系数 随之 改变 ， 但反 应 机理 、 反应 活化 能 以及 反应 级
Ｅ
ｋ＝ｋｅ ｐ 一 ｏｘ （ ）
（） １
该 方程 被称 为 Ａ ｒｅｉｓ 程 ， 中 Ｒ为摩 尔气 体 常量 ，。和 Ｅ 是 两个 经验 参 量 ， ｒ ｎｕ 方 ｈ 其 ｋ 分别 称 为 指前 参 量 和
活化 能 。
化 学反 应 的活化 能通 常在 ４ ４ ０ Ｊ・ ｏ ０～ ０ ｋ ｍ ｌ 问 Ｊ 之 。活化 能越 高 ， 示反 应 对温 度 越敏 感 。 因此 ， 表 测 定 活化能 数据 ， 利于 优化 反应 条件 ， 高 目的产 物 生成选 择性 。例 如 ， 有 提 反应 物 Ａ和 Ｂ可 同时 发生 下
（） ３
＞
０， 就是说 ， 这 提高 反应温 度时 ， 虽然 副反 应 的速 率 系数 也 在 增 加 ， 主反 应 的速 率 系数 增 加倍 数 更 大 ， 但 这 意味着 提高 反应温度 有利 于提 高 目的产物 的生 成选 择性 。反 之 ， 如果 Ｅ ＜ Ｅ。 则 降低 反应 温度 对 ， 提 高 目的产物 的生成选 择性 有利 ， 但反应 物 的转 化 率 随之 降低 。此 时 ， 为得 到较 高 的反应 物 转化 率 ， 对
程 表述 的速 率 系数 出发 ， 出这种 相应 关联 性 ， 给 以为 教学 同行 参考 。
１ Ａ ｒｅ于速 率有 规律 性 地受 反应 温度 影 响的化 学 反应 ， ｒ ｅ ｉｓ 出 的反应 速 率 系数 与 温度 之 间关 系 Ａ ｒ ｎｕ 提 ｈ 的经验 方程 为 ：
在世 界 范 围 内 ， 们 已经 发 现 并 利 用 于 工业 过 程 的化 学 反 应 ，０ 以上 是 借 助 催 化 剂 实现 的… 。 人 ９％
而且 ， 化 反应 在工业 反 应 中所 占的 比例 ， 催 还在 逐年 增 加 ， 中多 相 催化 反 应 尤 为重 要 。本 科 物理 化 学 其 的反应 动力 学 内容包 括 以下几 个 方 面 ： 反应 速 率 与 反应 物 浓 度 的关 系 （ 应 级 数 的确 定 ）反 应 速 率 与 反 ，
于均相催 化反应 ， 可适 当延 长反应 时 间 ， 以弥补 反应 速率降低 所导 致 的 目的产物产 率过 低 。与均相催 化 反应 类似 ， 多相催 化反 应可通 过适 当增加 反应物 与催 化剂 的平均 接触 时问 ， 即降低 反应 空速 的办法 提高 目的产物 产率 。所谓反 应空速 ， 即单 位 时 间 内通过 单 位体 积 催 化剂 的（ 态 或液 态 ） 应 物 的体 积 ， 气 反 其 常用 的单位 是 ｈ 。
化 学 动力学 中关 于 多相催 化剂 的基础 知识 涉及 不 多 ， 但将 其 与 Ａｒｅｉｓ ｒ ｎｕ 方程 中的指前 因子 和活化 能 相 ｈ 联 系 ， 利 于学 生建立 关 于催化 反 应动 力学 创新 思维 ， 养其 创新 能力 。在 此 ， 则 培 我们 从讨 论 Ａｒｅｉｓ ｒ ｎ 方 ｈ ｕ
第２ ６卷 第 ３期
２１ ０ １年 ６月
大 学 化 学
ＵＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ ＣＨＥＭ Ｉ ＴＲＹ Ｓ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ３ １２ ．
Ｊ ｎ． ０１ ｕ ２ １
关 于 化 学 反 应 表 观 活 化 能 和 指 前 因 子 的 教 学 讨 论
王新 平 ＹＬ 珍 －￣ － 王 新葵 刘 泽群 牛 家 豪