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碰撞理论与过渡态理论

碰撞理论在分子运动论基础上，以硬球碰撞为模型，也叫硬球碰撞理论。

一、碰撞理论的基本论点1、微观模型(1) 反应物分子可看作简单的刚球, 无内部结构;(2)分子间除碰撞间外无其它相互作用(1)分子必须通过碰撞才能发生反应;二碰撞理论基本论点不是任何两个反应物分子碰撞都能发生反应，只有碰撞动能大于或等于某临界能[或阈能]的活化碰撞才能发生反应并满足一定的空间配布几何条件的碰撞反应才能发生反应；活化分子的能量较普通能量高，它们碰撞时，松动并部分破坏了反应物分子中的旧键，并可能形成新键，从而发生反应，这样的碰撞称为有效碰撞或非弹性碰撞，活化分子愈多，发生化学反应的可能性就愈大。

两分子在引力和斥力作用下, 当两分子的质心在碰撞过程中所能到达的最短距离称为碰撞直径或有效直径。

碰撞截面：按刚球模型, B 分子与A 分子相碰时, 只要B 分子的质心落在图中虚线圆的面积内, 就算B 与A 相碰了. 通常把该区域称为碰撞截面, 以表示, 则3、碰撞频率4，反应阈能与实验活化能的关系指前因子5.概率因子P=K 实验/K 理论AB 2d πσ=AB B A AB AAc c RT L Z πμπ22d 2=B A AB AB c c RT L Z πμπ8d 22=πμπRT L d AB 8A 2=优点：碰撞理论为我们描述了一幅虽然粗糙但十分明确的反应图像，在反应速率理论的发展中起了很大作用。

对Arrhenius公式中的指数项、指前因子和阈能都提出了较明确的物理意义，认为指数项相当于有效碰撞分数，指前因子A 相于碰撞频率。

缺点：模型过于简单，所以要引入概率因子，且概率因子的值很难具体计算。

阈能还必须从实验活化能求得，所以碰撞理论还是半经验的。

过渡态理论理论基本出发点：化学反应从本质上看是原子之间重新排列组合，在排列组合的过程中，体系的势能降低，使的反应能进行下去。

马鞍点在势能面上，活化络合物所处的位置T点称为马鞍点。

物理化学全程导学及习题全解259-186 第十二章化学动力学基础(二)

第十二章化学动力学基础（二）本章知识要点与公式1. 碰撞理论双分子碰撞频率：2AB AB A B Z pd L c = 22AA AA A 2Z d L π= 临界能c E 与活化能a E 的关系：12a c E E RT =+ 用简单碰撞理论计算双分子反应的速率常数：2AB aEk d RT π⎛⎫=- ⎪⎝⎭ 2AA 2a E k d RT π⎛⎫=- ⎪⎝⎭ 概率子Pexp a E k PA RT ⎛⎫=- ⎪⎝⎭2ABA d π= A P A =n n n n 2. 过渡态理论用统计热力学方法计算速率常数：,0B B B exp E k T f k h f RT π≠⎛⎫=- ⎪⎝⎭用热力学方法计算速率常数：()0010B r m r m exp exp nk T S H k c h R RT ≠≠-⎛⎫⎛⎫∆∆=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭对于双分子理想气体反应：1n000B r m r m exp exp k T S H P k h RT R RT -≠≠⎛⎫⎛⎫⎛⎫∆∆=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭3.原盐效应稀溶液中，离子强度对反应速率的影响： A B 0lg2kz z k = A z 与B z 同号，产生正的原盐效应，I ↑ k ↑；A z 与B z 昇号，产生负的原盐效应，I k ↑↓。

4. 光化学反应光化学第一定律：只有被分子吸收的光才能引起分子的光化学反应。

光化学第二定律：在初级反应中，一个反应分子吸收一个光子而被活化。

1 mol 光子能量（1 Einstein ） 101197J m mol Lhcu Lh νλλ-.===⋅⋅量子产率 ar I ϕ=5. 催化反应催化剂通过改变反应历程，改变反应的表观活化能来改变反应速率，只能缩短达到平蘅的时间，而不能改变平蘅的组成。

酶催化反应历程（ Michaelis – Menten 机理）米氏常数12m 1k kK k -+=当[]S →∞ 时 []m m m111S K r r r =⋅+将1r对[]1S 作图，可求m K 和m r .典型俐题讲解例 1 500K 时，实验测得 NO 2 分解反应的提前因子为 61312.0010mol m s --⨯⋅⋅，碰撞截面为1921.0010m -⨯，试计算该反应的概率因子 P解：2AA2A d π=c 2σ= ()()19223-12 1.0010m 602310mol-=⨯⨯⨯.⨯7-13133710mol m s -=.⨯⋅⋅61371320010mol m s 33710mol m s A P A --1∞--1∞.⨯⋅⋅==.⨯⋅⋅ 例 2 实验测得 N 2O 5 分解反应在不同温度时的反应速率常数，数据列于表中。

傅献彩《物理化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(化学动力学基础(二))【圣才出品】

二、过渡态理论 1．过渡态理论基本要点
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（1）反应物到产物必须经过一种过渡状态，即反应物分子活化形成活化络合物的中间状态，反应物与活化络合物之间能很快速成化学平衡。
（2）活化络合物又可分解为产物，活化络合物分解步骤为慢步骤，化学反应速率由活化络合物分解步骤决定。
Ep (r) De[exp{2a(r r0)} 2exp{a(r r0)}]
计算双原子分子势能 Ep 最常用的经验公式。式中 r0 是分子中双原子分子间的平衡核间
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距，De 是势能曲线的井深,a 为与分子结构有关的常数。
③活化络合物，就向产物转化，这步是反应的速决步。
（2）对于一般基元反应，速率常数的计算式为
k kBT f ' exp( E0 )
h fB
RT
B
4．过渡状态理论的优缺点
（1）优点
①形象地描绘了基元反应进展的过程。
②原则上可以从原子结构的光谱数据和势能面计算宏观反应的速率常数。
（3）反应物分子间相互作用势能是分子间相对位置的函数，反应物转化为产物的过程是体系势能不断变化的过程。
（4）过渡状态理论提供了由物质基本结构系数[υ（振动频率）,m（质量）,r（核间距）等]计算反应速率常数的方法。
过渡态理论：由反应物分子变成生成物分子,中间一定要经过一个过渡态,而形成这个过渡态必须吸取一定的活化能，即反应物分子活化形成活化络合物的中间状态，所以又称为活化络合物理论。用该理论，只要知道分子的振动频率、质量、核间距等基本物性，就能计算反应的速率常数，所以又称为绝对反应速率理论。

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：

化学反应的碰撞理论

数据可视化
利用图表、图像等方式将数据可视化，以便更直观地观察数据特征和规律。
结果讨论和误差分析
结果讨论
根据实验数据和现象，对化学反应的碰撞理论进行验证和讨论。比较实验数据与理论预测的差异，分析可能的原因和影响因素。
不确定度评估
对实验结果的不确定度进行评估。根据实验数据的分布情况和测量精度，计算结果的置信区间和不确定度范围。
02 分子间作用力与碰撞
分子间作用力类型
01
02
03
范德华力
存在于所有分子之间，与分子的极性和大小有关，包括取向力、诱导力和色散力。
氢键
一种特殊的分子间作用力，存在于含有氢原子的分子之间，如HF、H2O等。
离子键
带相反电荷的离子之间的相互作用力，如NaCl等离子晶体中的离子键。
碰撞过程中能量转化
碰撞频率越高，反应速率越快。
并非所有碰撞都能引发化学反应，只有满足一定条件的碰撞才是
有效碰撞。
有效碰撞条件
01
能量因素
分子必须具备一定的能量才能发生有效碰撞，即分子的动能必须达到或超过某一临界值（活化能）。
02
方向因素
分子在碰撞时其相对取向必须合适，才能发生原子间的相互作用。
03
频率因素
单位时间内发生有效碰撞的次数越多，反应速率越快。
进行实验操作
按照实验步骤进行操作，记录实验现象和数据。
D
数据收集和处理技巧
选择合适的数据收集工具
根据实验需要，选择合适的数据收集工具，如光电倍增管、分光光度计等。
确定数据收集参数
设定合适的数据收集参数，如采样频率、积分时间等，以确保数据的准确性和可靠性。

化学动力学

RT
1
k2dA 2BLRT Me
2
eEa
RT
1
A2dA2BLRTMe 2
1
A2dA2BLRM T 2
kkB hTcθ1nexp R Sm θ exp R H Tm θ
适用范围：凝聚相反应
kkB h T R pT 1nexp R Sm θ exp R H Tm θ
Carbon Dioxide Fixation into Chemicals Methyl Formate at High Yields by Surface Coupling over a Pd/Cu/ZnO Nanocatalyst
Gm θRTlnKcθ
G m θRTlnKc
cθ
n1
Gm θ RT
lnKc
cθ
n1
cθ
K n1 c
expRG Tm θ
Kc cθ 1nexpRG Tm θ
k
kBT h
K
c
kkBT h
cθ
1nexpR G Tm θ
G
m
标准摩尔反应活化Gibbs自由能变
G m θ H m θT Sm θ
kkB h Tcθ1nexp R Sm θ exp E aR T R T
kkB hTcθ1nexp R Sm θ exp R T R TE a
kkBTcθ h
1nexp R Sm θexp1R E T a
kkBTecθ h
1nexp R Sm θexp R E Ta
rk2KccAcBC
根据过渡状态理论的假设活化络合物只进行一次非对称伸缩振动就能断裂发生反应因此反应速率为
k2
rr K cccAcBC

2020-2021年高考化学专题复习《反应速率：碰撞理论与过渡态理论》

一、有效碰撞理论1918年，英国化学家路易斯在研究分子运动论时，就提出了碰撞理论。

当时认为反应物分子间的相互碰撞是反应进行的先决条件。

反应物分子碰撞的频率越高，反应速率越大。

在实际的化学反应里，每秒发生的碰撞次数巨大，但是真正能发生反应的碰撞有限，以碘化氢分解为例，实际速率与理论碰撞速率相差1012倍，因此只有极少数碰撞是有效的。

为什么会发生这样的现象，碰撞理论认为，碰撞中能发生反应的一组分子（下面简称分子组）首先必具备足够的能量，以克服分子无限接近时电子云之间的斥力，从而导致分子中的原子重排，即发生化学反应。

我们把具有足够能量的分子组称为活化分子组。

活化分子组在全部分子中所占有的比例以及活化分子组所完成的碰撞次数占碰撞总数的比例，都是符合特定的分布规律（马克斯尔－波耳兹曼分布）。

当然，能量是有效碰撞的一个必要条件，但不充分。

在拥有能量后，还要当活化分子组中的各个分子采取合适的取向进行碰撞时，反应才能发生。

如NO2 + CO——→NO + CO2只有当CO分子中的碳原子与NO2中的氧原子相碰撞时，才能发生重排反应；而碳原子与氮原子相碰撞的这种取向则不会发生氧原子的转移（图截选自无机化学第三版）。

此时可以反应速率可以表示为可以看出，能量Ea越高，反应速率越小。

因为Ea越高即对分子组的能量要求越高，故活化分子组所占的比例越少，有效撞次数所占的比例也就越小，故反应速率越小。

而这个能量Ea，就是活化能。

最初的时候，阿伦尼乌斯定义：有效碰撞反应物的最低能量与反应物分子的平均能量之差就是活化能。

活化能属于一种能量限制，对于不同的反应，活化能是不同的，每摩尔几十到几百千焦之间都有，它的大小对各类反应的速率有着重要影响。

截止到次，如果用无机化学中的大学知识来阐释，反应速率与碰撞频率Z，能量因子（分子有效碰撞分数）f，以及方位因子p有关。

（1）碰撞频率Z反应物分子之间在单位时间内单位体积中所发生的碰撞的总次数是N A(阿佛加德罗常数)的倍数，Z =分子间碰撞的总次数/N A (次数/摩尔)。

高中物理人教版碰撞教案

高中物理人教版碰撞教案
教学内容：碰撞的基本概念与运动规律
教学目标：
1. 了解碰撞的基本定义和种类
2. 掌握碰撞的动量守恒定律和动能守恒定律
3. 能够应用碰撞的相关知识解决问题
教学重点：碰撞的动量守恒定律和动能守恒定律
教学难点：应用碰撞定律解决实际问题
教学过程：
一、导入（5分钟）
通过提问“你知道碰撞是什么吗？”，引导学生思考碰撞的概念，并带入本课的主题。

二、讲解碰撞的基本理论（10分钟）
1. 讲解碰撞的定义及种类：完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞
2. 引导学生理解碰撞前后动量守恒和动能守恒的概念
三、实验（15分钟）
1. 设计一个简单的实验，让学生观察完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞的现象，帮助他们理解碰撞
2. 引导学生观察实验结果，讨论碰撞前后动量和动能的变化情况
四、讲解碰撞定律（10分钟）
1. 介绍碰撞的动量守恒定律和动能守恒定律的表达式
2. 通过简单的例题演示如何应用碰撞定律解决问题
五、练习（15分钟）
1. 布置几道练习题，让学生独立思考并解答
2. 带领学生一起讨论解题思路，并指导他们正确运用碰撞定律
六、作业布置（5分钟）
布置相关的作业，巩固学生对碰撞定律的理解和应用。

七、课堂总结（5分钟）
对本节课的重点内容进行总结，强调碰撞的重要性和应用。

鼓励学生在实际生活中多加观察，在实践中应用所学知识。

教学反思：
通过本节课的教学，学生对碰撞的基本概念和运动规律有了更深入的理解，提高了他们的动手能力和解决问题的能力。

同时，教师要不断引导学生思考和探索，培养他们的实践能力和创新思维。

无机化学第七章化学动力学基础

反应历程
反应历程
H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2是下列基元反应构成 H++H2O2H3O2+ H3O2+H++H2O2 H3O2++Br-H2O+HOBr(慢反应) HOBr+H++Br-H2O+Br2 因速度决定步骤为慢反应，即v=k[H3O2+][Br-] 但初态时并没有H3O2+只有H2O2、Br-、H+，我们需要变换一下H3O2+ 因H++H2O2H3O2+为快反应，在溶液中立刻就达到了平衡
求该反应的反应级数m+n和速度常数k?
浓度对化学反应速率的影响
浓度对化学反应速率的影响
解：由速度方程v=k[CO]m·[Cl2]n 得：v1=k[CO]m·[Cl2]1n v2=k[CO]m·[Cl2]2n
v=k[CO]·[Cl2]3/2 m+n=2.5 即对CO为一级
对Cl2为1.5级
基元反应的速度方程
恒温下，基元反应的反应速度与各反应物浓度系数次方的乘积成正比。也称为质量作用定律
对： aA + bB dD+eE
则： v=k[A]a·[B]b
如：
对于反应 H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2的速度方程不能写成v=k[H2O2][H+]2[Br-]2，因其不是一个五元反应。
一步完成的化学反应称基元反应，由一个基元反应构成的化学反应称为简单反应；由两个或三个基元反应构成的化学反应称为非基元反应或复杂反应。
7-4 反应历程
反应历程
如：H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2 是由下列一系列基元反应构成

化学动力学基础二物理化学教案

L⎬
⎪
⎪
⇒
k
=
Z ABq L[ A][ B ]
dt
⎭
二、碰撞数 Z 的求算假定 A、B 是硬球，所谓硬球碰撞是想象中的硬球相互接触的结果。设单位体积中A分子数为NA/V，B分子数为NB/B V；A以平均速率<uA>移动，B静止 dAB：有效碰撞直径凡是其质心的投影落在虚线所示的截面之内者都与这个移动着的 A 分子相碰撞。 πdAB2为碰撞截面一个移动着的 A 分子在单位体积、单位时间内与静止的 B 分子的碰撞数为：
将单位体积内的分子数换算成物质的量浓度，则
Z AB
=
πd
2 AB
L2
8RT [A][B]
πμ
2
Z AA
=
2πd
2 AA
⎜⎛ ⎝
NA V
⎟⎞2 ⎠
RT πM A
[ ] =
2πd
2 AA
L2
RT A 2 πM A
三．有效碰撞数 q 的求算
对于大多数移动能在平动能附近或比平均值低的气体分子来说，由于碰撞得并不剧烈，
+
Ec RT 2
⎟⎞ ⎠
=
Ec
+
1 2
RT
k SCT
(T
)
=
πd
2 AB
L
8RTe πμ
exp⎜⎛ − ⎝
Ea RT
⎟⎞ ⎠
μ为分子的折合摩尔质量
k = A exp⎜⎛ − Ea ⎟⎞ ⎝ RT ⎠
A
=
πd
2 AB
L
8RTe πμ
3
将计算值与实验结果比较可检验 SCT 模型的适用程度。注意：（1）Ea与Ec的物理意义不同（2）Ec是与T无关的常数，Ea与T有关一般Ec >> 1/2RT Ec ≈ Ea 实验活化能

2022-2023学年鲁科版选择性必修1 第2章第3节第2课时影响化学反应速率的因素学案

第2课时影响化学反应速率的因素学习目标通过实验探究,掌握温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。

学习任务1 浓度、压强对化学反应速率的影响1.化学反应速率理论(1)碰撞理论:基元反应碰撞理论认为,化学反应之所以能发生,是反应物分子之间互相碰撞的结果,但只有能量超过某一限度E c(相当于活化能)并满足一定方向要求的活化分子之间的碰撞,才是真正发生反应的有效碰撞。

(2)过渡态理论:基元反应过渡态理论认为,基元反应在从反应物到产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。

AB+C[A…B…C]A+BC反应物过渡态反应产物过渡态是反应过程中具有高能量的一种结构状态,过渡态能量与反应物的平均能量之差E a称为基元反应的活化能。

微点拨:过渡态就是一种旧键快要断裂但还没有彻底断裂,新键将要形成但还没有彻底形成的特殊状态。

活化能在反应历程图中也叫“能垒”。

2.浓度对化学反应速率的影响(1)影响规律:其他条件不变时,增大反应物的浓度,反应速率增大;减小反应物的浓度,反应速率减小。

(2)碰撞理论解释: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几率增加→反应速率加快;反之,反应速率减慢。

3.压强对化学反应速率的影响(1)影响规律:对于有气体参加的化学反应,在相同温度下,增大压强(减小容器容积),反应速率增大;减小压强(增大容器容积),反应速率减小。

(2)碰撞理论解释: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→单位时间内有效碰撞几率增加→反应速率加快;反之,反应速率减慢。

即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。

微点拨:浓度、压强改变均不能改变分子的能量,所以不会影响活化分子百分比,但是可以影响“单位体积”内活化分子数目,因此可以影响“有效碰撞”几率进而影响化学反应速率。

双氧水应用非常广泛。

纺织、造纸工业可以用作纤维的漂白剂;有机工业可以作氧化剂;环境保护可处理各种有害废水。

新课程高中物理碰撞教案

新课程高中物理碰撞教案课程目标：了解碰撞的基本概念和原理，学习碰撞中的能量转化和动量守恒定律，掌握碰撞实验的方法和计算碰撞参数。

教学内容：一、碰撞的概念和分类1. 碰撞的定义和基本特征2. 弹性碰撞和非弹性碰撞的区别3. 完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的概念二、碰撞中的能量转化1. 能量守恒定律在碰撞中的应用2. 碰撞中能量的转化和损失三、碰撞中的动量守恒1. 动量守恒定律的概念和应用2. 碰撞中动量守恒的条件和实验验证四、碰撞实验方法和数据处理1. 碰撞实验的基本步骤和仪器2. 碰撞参数的测量和计算方法3. 实验数据的处理和分析教学过程：一、引入1. 给学生介绍碰撞的定义和基本特征，引导学生思考碰撞在日常生活中的例子。

2. 引导学生讨论弹性碰撞和非弹性碰撞的区别，引出碰撞中的能量转化和动量守恒原理。

二、理论探讨1. 讲解碰撞中的能量转化和动量守恒原理，引导学生理解碰撞中能量和动量的转化过程。

2. 讲解碰撞实验的方法和数据处理，指导学生掌握碰撞参数的测量和计算技巧。

三、实验操作1. 组织学生进行碰撞实验，让学生亲自操作测量仪器，记录实验数据。

2. 引导学生根据实验数据计算碰撞参数，分析碰撞结果并验证动量守恒定律。

四、讨论总结1. 引导学生讨论实验结果和结论，总结碰撞中的能量转化和动量守恒规律。

2. 综合学习内容，让学生思考碰撞在实际应用中的重要性和意义。

教学评估：1. 实验报告：要求学生完成实验报告，包括实验过程、数据处理和结论分析。

2. 课堂讨论：组织学生进行碰撞实验结果的讨论，评价学生对碰撞概念和原理的理解。

3. 练习测试：布置相关练习和测试题，检测学生对碰撞知识的掌握程度。

课后拓展：1. 组织学生进行碰撞模拟实验，探讨不同碰撞情况下的能量和动量变化。

2. 鼓励学生进行碰撞项目设计，结合实际情况提出碰撞相关问题并进行解决方案设计。

3. 深入学习碰撞在工程领域的应用，了解碰撞对工程设计和安全规范的重要性。

化学反应速率与过渡态的理论与模拟

温度对速率常数的影响：随着温度的升高，分子碰撞频率增加，反应速率常数增大。
活化能与速率常数的关系：活化能Ea越大，反应速率常数k越小。
温度与反应速率的关系：反应速率随温度升高而增大，但当温度升高到一定程度后，反应速率不再显著增加。
活化能与反应速率的关系
活化能是决定化学反应速率的关键因素，反应速率随活化能增大而减小。
应用范围：量子化学计算方法广泛应用于化学反应机理的研究、催化剂设计、药物合成等领域，对于理解化学反应的本质和预测新反应具有重要意义。
优势与局限性：量子化学计算方法可以提供高精度的反应速率常数和活化能等参数，但计算量大、计算时间长，对于大规模的化学反应体系难以实现实时模拟。
Part Five
过渡态的理论模型与模拟方法
理论模型可以预测反应速率常数和活化能，为实验提供指导。
通过模拟过渡态的结构和能量，可以优化药物分子的合成过程，提高产率和纯度。
理论计算还可以预测反应机理和中间体的稳定性，有助于发现新的药物候选分子。
在环境科学中的应用
化学反应速率理论在环境化学反应中的作用过渡态理论在污染物降解过程中的指导意义理论模拟在预测环境化学反应中的应用理论应用在环境科学中的发展趋势与挑战
过渡态的搜寻方法
势能面扫描：在给定的势能面上沿着反应坐标进行扫描，寻找能量最高的点几何优化：通过迭代方法找到势能面上的极小值点，即过渡态动力学模拟：通过模拟分子运动轨迹，找到反应过程中的能量最高点热力学循环：利用已知的化学反应平衡常数和反应焓等热力学数据，计算出反应的活化能
过渡态的模拟计算方法
实验验证。
理论模型的局限性：目前的理论模型无法完全解释过渡态的所有性质
和行为。

过渡态理论-文档资料

不足之处：
•
对于复杂的反应体系，过渡态的结构难以确
定，计算的数值准确性很差，而量子力学对多质
点体系的计算也尚未解决。所以使得过渡态理论
在实际反应体系中应用困难。
9
Thank you！
10
若有不当之处，请指正，谢谢！
11
• 反应物和产物之间有一高能量的势垒，反应物的活化能就是翻越势垒所需的能量。
5
过渡态理论假设：过渡态分解为生成物的步骤是整个反应的速率控制步。速率常数
k=vK ≠
v为导致过渡态分解为生成物的键振动频率；K ≠ 为生成过渡态的平衡常数。过渡态中，A、B、C处在同一直线上，振动方式有四种
只有第二种可能造成过渡态分解而成为生成物。由量子学理论知，振动频率
用力，同时B与C之间的键减弱，生成不稳
定的[A…B…C] ≠，成为过渡态，又称为活性
复合物。此时旧键还没完全断裂，新键还
未完全建立。
2
• 为了简化，现假设A、B、C三个原子的原子核在一条直线上。A沿此直线向BC接近， A与B间的距离lAB逐渐减小，作用力逐渐增强，同时B与C之间的化学键不断减弱，体系的势能逐渐升高。当lAB与B、C间的距离 lBC相等时，也就是形成过渡态[A…B…C] ≠ 时，体系的势能达到最高点S。越过最高点， lBC越来越大，直到完全分解为AB和C。
PA=RT/Lh exp（ ΔS ≠ /R）
由此可知PA项中包括熵的变化。形成过渡态时，混乱度降低，熵减小，PA值也相应减小，减低反应速率。因此过渡态理论对方位因子做出了合理的解释。
8
过渡态理论的成功之处：
• 知道过渡态的结构，就可以根据式（6），运用光谱学数据及统计力学和量子力学的方法计算ΔS ≠和Δ H ≠ ，从而求得速率常数k。

16.4碰撞——曹汉文2020.05.15学案

16.4 碰撞（学案）学习目标1.了解碰撞运动，了解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞。

会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。

2.了解对心碰撞与非对心碰撞。

3.了解散射和中子的发现过程，体会理论对实践的指导作用，进一步了解动量守恒定律的普适性。

4.加深对动量守恒定律和机械能守恒的理解，并能简单运用这两个定律解决问题。

学习过程一、观看视频，寻找碰撞运动的特点【观看视频】1.视频中，你看到了什么？2.带着问题，从物理学的角度再次观看视频，你发现了什么？【思考问题】【理论分析】1.碰撞过程所需的时间特点？ 1.碰撞的相互作用时间2.碰撞过程内力与外力的大小特点？ 2.碰撞过程，远远大于3.碰撞过程中，物体的位移特点? 3.碰撞过程是瞬时的，可忽略4.碰撞过程中，物体有没有发生形变？ 4.碰撞过程中，物体形变二、探究碰撞过程中的能量变化【思考问题】系统内力远远大于外力，符合什么定律的条件？定律：表达式方程：【问题探究】1.系统的重力势能是否变化？2.系统的弹性势能是否变化？3.系统的机械能是否变化？【理论分析】1.系统的重力势能变化分析：碰撞过程时间极短，可忽略，所以重力势能。

2.系统的弹性势能变化分析：判断弹性势能的变化，需要分析碰撞过程中的物体形变情况。

A.弹性形变，碰撞前后，两物体，碰撞前后E弹=0B.非弹性形变，碰撞前后：两物体，碰撞前后E弹=0C.完全非弹性形变，碰撞前后，没有弹力作用，两物体不分开，以共同速度合在一起运动，碰撞前后，E弹=03.系统的机械能变化分析：根据形变与弹性势能的情况，对机械能的损失进行分类讨论。

1.弹性形变：机械能，动能→弹性势能→动能2.非弹性形变：碰撞前后，物体的一部分形变没有恢复，系统机械能。

减少的机械能转化为其他形式的能量。

3.完全非弹性形变：碰撞前后，形变，系统机械能损失。

三、碰撞的分类及其表达式方程【思考问题】1.抓住机械能的变化，对碰撞进行分类。

碰撞理论和过渡态理论

kc(N2O5 )
上式称为该反应的速率方程式，k称为“反应速率常数”，又称“比速常数”，意义是速率方程式中各种物质浓度均为1 mol.dm-3时的反应速率；其量纲由速率方程确定；k大小取决于反应物的本质，而与浓度无关，当其他条件
相同时， k，则v ；通常，T ，则k 。
解： ①
② ③
lg
c

k1 2.303
t

lg
②放射性元素蜕变:
226 88
Ra

222 86
Rn

4 2
He
A k P ③分子重排: 顺丁二烯→反丁二烯
④某些水解反应: C12H O 22 11 H2O 葡糖果糖
一级反应的积分速率方程
若以c表示反应物t时刻的浓度，
则其反应速率方程式为：
v

dc dt

k1c
0
3.65 104
1800
300 3.59104
2400
600 3.60104
3000

:
c
N 2
O5
/ s1
3.64 104
3.62 104
3.69 104
900 3.62104
4200
3.61104
1200 3.61104
5400
3.68104
N2O5的分解速率与N2O5浓度的比值是恒定的，即反应速率υ与c(N2O5)成正比。
如：2H2O2===2H2O + O2 m=1为一级反应
v=k[H2O2]
S2O82-+2I- ===2SO42-+I2 v=k[S2O82-][I-] m=1, n=1, S2O82-、I-分别为一级反应 m+n = 2 即整个反应为二级反应。

新课标教科版3-5选修三1.1《碰撞》WORD教案1

1. 1碰撞三维教学目标1、知识与技能(1)认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞；(2)了解微粒的散射。

2、过程与方法：通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。

3、情感、态度与价值观：感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。

教学重点：用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题教学难点：对各种碰撞问题的理解.教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备(一)引入新课碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：(1 )碰撞过程中动量守恒。

提问：守恒的原因是什么？(因相互作用时间短暂，因此一般满足F内>>F外的条件)(2)碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变。

(3)碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加。

提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)(二)进行新课1、展示投影片1,内容如下：如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动•设地层给它们的平均阻力为F,则木楔可进入的深度L是多少？组织学生认真读题，并给三分钟时间思考。

M□-y(1)为过程中只有地层阻力提问学生解题方法:F做负功使机械能可能出现的错误是：认损失，因而解之为Mg ( h+L) +mgL-FL=0o(2) 守恒,归纳：第一阶段，M做自由落体运动机械能m不动，直到M开始接触In为止。

再下面一个阶段，M与In以共同速度开始向地层内运动，阻力F做负功，系统机械能损失。

提问：第一阶段结束时，M有速度，必二.2gh,而m速度为零。

下一阶段开始时,就具有共同速度，即ITl的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢? (在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中, M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中,机械能（动能）是有损失的）（3）让学生独立地写出完整的方程组第二阶段，对重锤及木楔有: 第三阶段，对重锤及木楔有:(4) 小结：在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题。

碰撞理论与过渡态理论学案.docx