有效碰撞和活化分子

(3)[实验探究]温度对化学反应速率的影响 ①实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O ②实验过程： 实验 操作 实验 混合后，两组均出现浑浊，但在热水 现象 中的一组首先出现浑浊(所用时间短) 当其他条件相同时，升高温度反应速 结论 率增大，降低温度反应速率减小
③催化剂：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本 身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫作催化剂， 又叫触煤。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。能加快反应 速率的催化剂叫正催化剂； 能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。 如不作特殊说明，均指正催化剂。催化剂只能催化可能发生的反应， 对不发生的反应无作用。 ④理论解释： 在其他条件不变时，使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量 (即降低活化能)，从而使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加 了活化分子的百分数，因而使反应速率加快。
某一化学反应的速率大小与
单位时间内有效碰撞的次数有关
2、发生有效碰撞的条件
1）发生碰撞的分子具有较高的能量。 2）分子在一定的方向上发生碰撞。
二、活化分子和活化能理论
1、什么是活化分子？
具有较高能量，能够发生有效碰撞 的分子 活化分子之间之所以能够发生有效 碰撞，是由于它们的能量高，发生碰 撞时，能克服相撞分子间的排斥力， 破坏分子内原子间的“结合力”，从 而导致反应物分子被破坏，重新组合 成生成物分子，发生化学反应。
1． 下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身 性质的是( ) A．Cu 能与浓硝酸反应，但不能与浓盐酸反应 B．Cu 与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快 C．N2 与 O2 在常温、常压下不反应，放电时可以反应 D．Fe 与浓盐酸反应比与稀盐酸反应快
【答案】 A 【解析】 A 项，与硝酸、盐酸的氧化性有关，反应由物质本身 的性质决定，故 A 符合题意；硝酸的浓度不同，反应速率不同，浓度 为外因，故 B 不符合题意；常温、常压下及放电均为反应条件，为外 因，故 C 不符合题意；浓盐酸与稀盐酸浓度不同，故 D 不符合题意。
4．下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 金属质量/g 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 cH2SO4 金属状态 mol· L－1 丝 粉末 丝 丝 粉末 丝 丝 丝 0.5 0.5 0.7 0.8 0.8 1.0 1.0 1.1 50 50 50 50 50 50 50 50 溶液温度/℃ 金属 消失 反应 反应 的时 前 后 间/s 20 34 500 20 35 50 20 36 250 20 35 200 20 36 25 20 35 125 35 50 50 20 34 100
有催化剂
反应物平均能量
活化分子能 量
生成物平均能量
(5)影响化学反应速率的其他因素 其他因素如光照、反应物颗粒的大小、电磁波、超声波、溶剂的 性质等，也会对化学反应的速率产生影响。
典例精析 1 下列说法正确的是( C ) ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 ②普通分子间的碰撞 有时也能发生化学反应 ③活化分子比普通分子具有较高的能量 ④ 化学反应的实质是原子的重新组合 ⑤化学反应的实质是旧化学键的 断裂和新化学键的形成过程 ⑥化学反应的实质是活化分子有合适取 向的有效碰撞 A．①③④⑤ B．②③⑥ C．④⑤⑥ D．②④⑤
发生有效碰撞的分子一定是活化分子， 结论： 但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞。
推论： 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。
2、活化能
活化分子高出反应物分子平均能量 的部分
活化能：活化分子比普通分子所多出的那部分能量(或普通分子转 化成活化分子所需的最低能量)叫做活化能。如下图所示，E1 指反应的 活化能，E2 是活化分子变成生成物分子放出的能量，能量差 E2－E1 是 反应热。活化能越小，普通分子变成活化分子越容易，普通分子＋活 化能 活化分子。虽然活化能的大小意味着一般分子成为活化分 子的难易，但是对这个化学反应前后的能量变化并不产生影响。
(2)压强对化学反应速率的影响 ①影响对象：压强只影响有气体参与的反应。对于没有气体参与 的反应，压强对反应速率的影响可以忽略不计。 ②规律：对于有气体参加的反应，若其他条件不变，增大压强， 反应速率加快；减小压强，反应速率减慢。 ③理论解释：对气体来说，若其他条件不变，增大压强，就相当 于增大了浓度―→单位体积内活分子数增多―→有效碰撞几率增 大―→化学反应速率加快。因此，增大压强可以加快化学反应速率。 相反 ，减小压强，气体的体积就扩大，浓度减小，单位体积内活化分 子数目减少，有效碰撞的几率减小，因而反应速率减小。压强对反应 速率的影响实质是通过改变气体浓度实现的。
(4)[实验探究]催化剂对化学反应速率的影响 ①实验原理：2H2O2===2H2O＋O2↑ ②实验过程： 试剂种类 10 mL 5%的 H2O2 溶液 10 mL 5%的 H2O2 溶液、 MnO2 有少量气泡，余烬复燃，所 立即有大量气泡产生，余烬 实验现象 需的时间长 复燃，所需的时间短 结论 催化剂能加快反应速率 化学 MnO2 2H2O＋O2↑ 2H2O2===== 方程式
2．用 3 g 块状大理石与 30 mL 3 mol· L 要增大反应速率，可采取的措施是( ) － ①再加入 30 mL 3 mol· L 1 盐酸 － ②改用 30 mL 6 mol· L 1 盐酸 ③改用 3 g 粉末状大理石 ④升高温度 A．①② B．②③④ C．①③④ D．①②③
－1
盐酸反应制 CO2 气体，若
【解析】 A 项中 C 为固体，增加其用量，不能改变其浓度，对 反应速率无影响；B 项中充入水蒸气能增大水蒸气的浓度，加快反应 速率；C 项中体积不变充入 N2 后，各成分的分压不变，浓度不变，不 影响反应速率；D 项中充入 N2，由于保持压强不变，容器体积必然增 大，气态成分浓度减小，反应速率减小，D 项不符合题意。 【答案】 AC
③实验注意事项： KMnO4 溶液的浓度不要太大，否则溶液颜色过重，需要草酸的量 － 及褪色时间都要发生相应的变化， 配制成 0.01 mol· L 1 较合适。 KMnO4 溶液用硫酸酸化效果更好。 ④理论解释：从有效碰撞的角度解释浓度对反应速率的影响：对 某一具体的化学反应，在其他条件不变时，反应物中活化分子的百分 数是一定的，反应物浓度越大，单位体积内分子总数越多。而单位体 积内活化分子数＝单位体积内分子总数×活化分子百分数，故随着反 应物浓度的增大，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的频率增加， 反应速率增大。
归 纳 总 结
活化能与化学反应速率 一个反应要发生一般经历以下几个过程：
总之， 某一化学反应的速率大小与单位时间内有效碰撞次数有关； 而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； 活化分子的多少又与该反应的活化能的大小有关。活化能的大小是由 反应物分子的性质决定的，而反应物分子的性质又与分子的内部结构 密切相关，可以说，反应物分子的内部结构是决定化学反应速率快慢 的内因。
5足量铁粉与一定量盐酸反应，为了减慢反
应速率，但不减少氢气的产量，可加入下列 物质中的 A、水 D、NaCl溶液
AD
B、NaOH固体 C、Na2CO3固体
一、有效碰撞理论
1．有效碰撞 化学反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生 碰撞。但并不是反应物分子之间的所有碰撞都能发生 反应，只有少数分子的碰撞能发生化学反应，这种能 够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞，有效碰撞是发 生化学反应的充要条件。研究发现，只有既具有足够 的能量又有合适的碰撞取向的分子碰撞，才是有效碰 撞。
－
【答案】 B 【解析】 此题中影响反应速率的因素有两个：温度和浓度，温 度越高，浓度越大，反应速率越快。这里的浓度应该是混合以后的浓 度，因为反应后溶液的体积均为 50 mL，所以 H2SO4 的物质的量越大， 浓度就越大，A、B 项浓度一样大，这时比较温度，温度高化学反应速 率快，综合温度和浓度，故答案为 B。
4．把下列四种 H2SO4 溶液分别加入到盛有 10 mL 2 mol· L 1 硫代 硫酸钠(Na2S2O3)溶液的烧杯中，均加水稀释到 50 mL，此时进行反应， 其中反应速率最快的是( ) － A．10 ℃ 20 mL 3mol· L 1 H2SO4 溶液 － B．20 ℃ 30 mL 2 mol· L 1 H2SO4 溶液 － C．20 ℃ 10 mL 4 mol· L 1 H2SO4 溶液 － D．10 ℃ 10 mL 2 mol· L 1 H2SO4 溶液
③规律：在其他条件不变的情况下，升高温度，化学反应速率加 快，降低温度，化学反应速率减慢。 A．实验测定，温度每升高 10 ℃，反应速率通常要增大到原来的 2～4 倍； B.温度对化学反应速率的影响对吸热反应、 放热反应都适用， 且不受反应物状态的限制。 ④理论解释： 温度是分子平均动能的反映，温度升高，使得整个体系中分子的 能量升高，分子运动速率加快。 在其他条件不变时，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―→活化分子百分数增加→有效 碰撞次数增多―→化学反应速率加快。因此，升高温度可以加快化学 反应速率。 ⑤应用：在实验室进行化学反应时，常常通过给反应物加热来增 大反应的速率。为防止食品变质，我们将食品放入冰箱中保存，以降 低食品变质的速率等。
活化能与化学反应速率的关系
在一定条件下，活化分子所占的百分数是固 定不变的。活化分子的百分数越大，单位 体积内活化分子数越多，则单位时间内有 效碰撞次数越多，则反应速率越快。
2．影响化学反应速率的外部因素 (1)[实验探究]浓度对化学反应速率的影响 ①实验原理：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋ 10CO2↑＋8H2O。 ②实验过程： － － 4 mL 0.01 mol· L 1 4 mL 0.01 mol· L 1 KMnO4 溶液 KMnO4 溶液 加入试剂 － － 2 mL 0.1 mol· L 1 2 mL 0.2 mol· L 1 H2C2O4 溶液 H2C2O4 溶液 实验现象 紫色溶液逐渐褪色 紫色溶液逐渐褪色 褪色时间 褪色所需时间相对较长 褪色所需时间相对较短 结论 其他条件相同时，反应物浓度越大反应越快
2．下列有关活化分子的说法正确的是( ) A．增大反应物浓度可以提高活化分子百分数 B．增大体系的压强一定能提高活化分子百分数 C．使用合适的催化剂可以增大活化分子的能量 D．升高温度能提高活化分子百分数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
【答案】 D
3．判断下列说法的正误 (1)催化剂能使不反应的化学反应发生。( ) × (2)用相同质量的锌粉和锌片与同浓度的足量盐酸反应，产生氢气 的量相同，但反应速率不同。( √ ) (3)催化剂能加快化学反应速率的原因是降低了反应的活化能，提 高了活化分子的数目，但活化分子的百分数不变。( × ) (4)对于 COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0， 升温能加快正反应速 率，降低逆反应速率。( × ) (5)增加反应物的用量，反应速率一定增大。( ×) (6)增大体系的压强，反应速率一定增大。( × ) (7)决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质，而不是外 界因素。( √ )
【答案】 B
典例精析 3 (双选)反应 C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密 闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( ) A．增加 C 的量 B．保持体积不变，充入水蒸气 C．保持体积不变，充入 N2 使体系压强增大 D．保持压强不变，充入 N2 使容器体积变大
课堂小测
1.活化分子间的每次碰撞都发生化学反应。 不正确 （ ） 2.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞。 3.有效碰撞一定发生化学反应。 4.发生有效碰撞的一定是活化分子。 （ ） 不正确 （ 正确）
正确 ） （
• 5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。 正确 • 6能发生有效碰撞的分子必然具有相当高的 正确 能量。 • 7活化能是指活化分子高出反应物分子平均 能量的那部分能量。 正确