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绪绪 言言1、化学研究的核心问题是：、化学研究的核心问题是：2、化学中最具有创造性的工作是：、化学中最具有创造性的工作是：3、如何实现这个过程？、如何实现这个过程？化学反应的原理和过程化学反应的原理和过程设计和创造新的分子造福人类设计和创造新的分子造福人类 利用已发现的原理、理论来进行利用已发现的原理、理论来进行设计并实现这个过程设计并实现这个过程化学反应的原理的理解化学反应的原理的理解4、所以我们必须对、所以我们必须对 清楚才能清楚才能做到。做到。必须知道：必须知道：化学反应是化学反应是怎样发生的怎样发生的，经经历的过程历的过程，遵循的规律遵循的规律，如何有效去控制，如何有效去控制生产和化学污染生产和化学污染，只有解决好这些，只有解决好这些，才能使化学研究和化学工业生产获得最高才能使化学研究和化学工业生产获得最高的效益！的效益！这就是学习化学反应原理的目的这就是学习化学反应原理的目的情景情景1 氢气的一些反应氢气的一些反应 反应条件反应条件难易程度难易程度 H2 + O2 H2 + CuO H2 + N2问题问题: :同是有氢气参与的反应为什么难易程度不同，同是有氢气参与的反应为什么难易程度不同，与什么有关系？与什么有关系？推断：推断：影响反应速率的根本原因是影响反应速率的根本原因是 反应物本身的性质。反应物本身的性质。内因内因 点燃点燃加热加热高温、高压、催化剂高温、高压、催化剂较易较易易易难难中学研究的化学反应原理有哪些基本内容？中学研究的化学反应原理有哪些基本内容？情景情景2 2 将将H2 、O2混合，在室温条件下可以稳定混合，在室温条件下可以稳定存在数千年而不反应，但点燃后却立刻发生存在数千年而不反应，但点燃后却立刻发生剧烈的爆鸣，转化成水。剧烈的爆鸣，转化成水。而且只要配比相当，而且只要配比相当，可以完全转化成生成物。可以完全转化成生成物。这说明了什么这说明了什么？推断：推断：外界条件能够外界条件能够改变化学反应改变化学反应的速率。的速率。结论结论:内部因素已经具备了，内部因素已经具备了，不同的外不同的外界条件能够不同程度的界条件能够不同程度的改变化学反应改变化学反应的速率的速率。情景情景3 3 H2和和N2即使在高温、高压、催化剂即使在高温、高压、催化剂的条件下反应的条件下反应也不能完全转化也不能完全转化为生成物为生成物（氨）。（氨）。这又说明了什么？这又说明了什么？问题：能问题：能发生反应的物质，为什么反应不发生反应的物质，为什么反应不能进行到底？能进行到底？推断：推断：有些反应是有些反应是有一定限度有一定限度的（化学平的（化学平衡）。衡）。情景情景4 4、情景、情景5 5 、等等等等选修选修4化学反应原理化学反应原理的基本内容的基本内容:2 2、基本的基本的化学反应原理：化学反应原理：包括反应速包括反应速速率、反应方向及反应限度。速率、反应方向及反应限度。3 3、从从理论的高度理论的高度来认识酸、碱、盐的本来认识酸、碱、盐的本质及其在溶液中的反应。质及其在溶液中的反应。1 1、从从能量变化能量变化的角度来探讨化学变化。的角度来探讨化学变化。4 4、电化学电化学的基础知识（的基础知识（原电池、电解池、原电池、电解池、化学电源、金属电化腐蚀和防护化学电源、金属电化腐蚀和防护）富有时代气息和应用广泛的一个领域。富有时代气息和应用广泛的一个领域。那么 如何来研究一个反应，研究化学反应原理如何来研究一个反应，研究化学反应原理的基本的基本方法和思路方法和思路是怎样？是怎样？认识几个认识几个重要重要概念概念: :1 1、有效碰撞、有效碰撞2 2、活化分子、活化分子3 3、活化能、活化能4 4、催化剂、催化剂概念模型法概念模型法一、简化后的有效碰撞模型 气体分子之间通常存在着比气体分子气体分子之间通常存在着比气体分子本身的体积要大得多的空间，本身的体积要大得多的空间，忽略了分子忽略了分子与分子之间的相互作用力，分子之间不存与分子之间的相互作用力，分子之间不存在牵制关系，在牵制关系，因此，在常温常压下，可以因此，在常温常压下，可以认为气体分子的认为气体分子的运动是运动是自由的自由的，因而，它，因而，它们之间的们之间的碰撞可以视为是碰撞可以视为是随机的随机的。1、设想一、简化后的有效碰撞模型 在一个洁净的容器中，使在一个洁净的容器中，使H H2 2和和O O2 2按体积比按体积比2 2：1 1的比的比例混合，气体分子例混合，气体分子因自由运动而不断相互碰撞因自由运动而不断相互碰撞( (互相接互相接触触) )这是发生化学反应的这是发生化学反应的必要条件必要条件。2、模型的基本构架假设与事实：假设与事实：研究结果表明，从分子的热运动看，分子研究结果表明，从分子的热运动看，分子发生碰撞的机会很多。如在常温常压下每个发生碰撞的机会很多。如在常温常压下每个H H2 2、O O2 2自身或自身或它们之间的碰撞频率为它们之间的碰撞频率为2.3552.35510101010次次/s/s。假如每次碰撞。假如每次碰撞都能发生化学反应，则化学变化瞬间即可完成，但事实都能发生化学反应，则化学变化瞬间即可完成，但事实并非如此。并非如此。结论：结论：并不是每次分子间的碰撞都会引起化学反应，只并不是每次分子间的碰撞都会引起化学反应，只有其中有其中部分的气体分子碰撞是有效的部分的气体分子碰撞是有效的，即有效碰撞，即有效碰撞这是发生化学反应的这是发生化学反应的充分条件充分条件。3 3、什么是什么是有效碰撞？有效碰撞？ 有效碰撞有效碰撞 能够导致分子中化学键断能够导致分子中化学键断裂，引起化学反应的碰撞。裂，引起化学反应的碰撞。分子间的分子间的碰撞碰撞是发生化学反应的是发生化学反应的必要条件必要条件有效碰撞有效碰撞是发生化学反应的是发生化学反应的充分条件充分条件推论：推论：某一个化学反应的速率大小与某一个化学反应的速率大小与单位单位时间内分子时间内分子有效碰撞的次数有效碰撞的次数有关有关问题：问题：为什么有的碰撞可以发生反应为什么有的碰撞可以发生反应( (有效有效碰撞碰撞) )，而有的不能发生反应，而有的不能发生反应( (无效碰撞无效碰撞)?)?推断：一定与分子本身的性质和能量有关。推断：一定与分子本身的性质和能量有关。NO2和CO的反应过程 二二 、活、活 化化 分分 子子1 1、什么是什么是活化分子？活化分子？具具较高能量较高能量，有可能，有可能发生有效碰撞发生有效碰撞的分子的分子吸收外界能量吸收外界能量 （如加热、光照等）（如加热、光照等） 分子间碰撞时，能量交换不均衡而出现分子间碰撞时，能量交换不均衡而出现较高能量的分子。较高能量的分子。活化分子具有的高能量从何来活化分子具有的高能量从何来? ?结论：结论： 能发生有效碰撞的分子能发生有效碰撞的分子一定是一定是活化分子活化分子，但活化分子的碰撞但活化分子的碰撞不一定是不一定是有效碰撞，还有效碰撞，还与碰撞的角度有关与碰撞的角度有关。推论：推论：有效碰撞次数的有效碰撞次数的多少多少与与单位体积单位体积内反应物中内反应物中活化分子数的多少活化分子数的多少有有关。关。 单位体积中的单位体积中的活化分子数的多少活化分子数的多少又又与与什么有关什么有关？问题问题:2 2、活、活 化化 能能 活化分子平均能量高出反应物分子平活化分子平均能量高出反应物分子平均能量的部分。均能量的部分。问题问题4：活化能为活化能为“0”的例子是怎么回事？的例子是怎么回事？问题问题3:活化能的大小决定了化学反应的难易，它活化能的大小决定了化学反应的难易，它会影响反应热的大小吗？会影响反应热的大小吗？问题问题1：活化能的作用是什么？活化能的作用是什么？问题问题2：提供提供“活化能活化能”的途径是什么？的途径是什么？能量能量反应过程反应过程E1E2反应物反应物生成物生成物活化分子活化分子活化能活化能活化分子活化分子变成生成变成生成物分子放物分子放出的能量出的能量该反应是该反应是吸热反吸热反应应还是还是放热放热反应反应?活化能与反活化能与反应热有关吗应热有关吗?反应热反应热NO2和CO反应过程中能量的变化 解释解释:活化能活化能越小，越小，一般分子成为活化分子一般分子成为活化分子越容易越容易，则反应条件越简单。则反应条件越简单。活化能活化能越小，越小，则单位体积中活化分子数则单位体积中活化分子数越多越多，单位时间内的有效碰撞单位时间内的有效碰撞越多越多，反应速率，反应速率越快。越快。活化能高，活化分子的百分数低，反应难；活化能高，活化分子的百分数低，反应难； 活化活化能低，活化分子的百分数高，反应易。能低，活化分子的百分数高，反应易。活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的子的难易难易，但是却对这个化学反应前后的，但是却对这个化学反应前后的能量能量变化变化并不产生任何影响。并不产生任何影响。活化能是决定化学反应难易的关键活化能是决定化学反应难易的关键 活化能活化能大小大小是由反应物分子的是由反应物分子的性质决定性质决定的。的。内因内因碰撞碰撞 有效碰撞有效碰撞 活化分子活化分子 活化能活化能 就下列的每个词说句话，试试看：就下列的每个词说句话，试试看： 常温常压下，常温常压下，每个氢分子和氧每个氢分子和氧分子自身或它们分子自身或它们之间每秒平均碰之间每秒平均碰撞撞2.3552.355* *10101010次次, ,如如果每一次碰撞都果每一次碰撞都能发生反应能发生反应, ,那么那么整个容器内的氢整个容器内的氢气和氧气将在瞬气和氧气将在瞬间变成水。间变成水。 能发生化学能发生化学反应的碰撞叫反应的碰撞叫有效碰撞。有效碰撞。 碰撞是发生化碰撞是发生化学反应的必要学反应的必要条件条件，有效碰有效碰撞才是发生化撞才是发生化学反应的充分学反应的充分条件条件。 具有足够的能具有足够的能量能发生有效量能发生有效碰撞的分子叫碰撞的分子叫活化分子。活化分子。 活化分子间活化分子间要发生有效碰要发生有效碰撞，还要有合撞，还要有合适的取向。适的取向。 活化分子所活化分子所多出的那部分多出的那部分能量叫活化能能量叫活化能。 在相同条件在相同条件下，反应的活下，反应的活化能越大，则化能越大，则该反应的速率该反应的速率越小。越小。一个反应要发生一般经历哪些过程？一个反应要发生一般经历哪些过程？普通普通分子分子活化能活化能活化活化分子分子合理取向合理取向的碰撞的碰撞有效有效碰撞碰撞新物质新物质能量能量 在化学反应中能改变其他物质的反应速率，在化学反应中能改变其他物质的反应速率，而本身质量和化学性质在反应前后不变的物质。而本身质量和化学性质在反应前后不变的物质。三、催三、催 化化 剂（铁触媒）剂（铁触媒）怎样改变反应的活化能为来加快反应的速率？怎样改变反应的活化能为来加快反应的速率？是何措施？是何措施？能量能量反应过程反应过程生成物生成物反应物反应物反应热反应热E E1 1E E2 2活化分子活化分子加了催化剂加了催化剂没加催化剂没加催化剂 催化剂与反应物结合为中间产物，降低催化剂与反应物结合为中间产物，降低了反应的活化能，使活化分子百分数大大了反应的活化能，使活化分子百分数大大增加，反应速率大大加快。反应结束，中增加，反应速率大大加快。反应结束，中间产物消失，催化剂复原。间产物消失，催化剂复原。催化原理：中间产物理论催化原理：中间产物理论催化剂有正催化剂和负催化剂之分。催化剂有正催化剂和负催化剂之分。解解 释释 问问 题题1、为什么为什么可燃物有氧气存在时，还必可燃物有氧气存在时，还必 须达到着火点须达到着火点才能燃烧才能燃烧？2、催化剂在我们提高生产效率和经济、催化剂在我们提高生产效率和经济效益中起关键作用，它主要作用是提高效益中起关键作用，它主要作用是提高化学反应速率，试想一下化学反应速率，试想一下为什么为什么 催化剂能提高反应速率？催化剂能提高反应速率？ 通过绪言的学习通过绪言的学习, ,初步了解初步了解“有效碰撞有效碰撞”、“活化分子与活化能活化分子与活化能”的的概念模型，概念模型，认识认识催化催化剂剂对于化学科学研究和化工生产的巨大作用，对于化学科学研究和化工生产的巨大作用，为其后的学习打下基础。为其后的学习打下基础。单位体积活化分子百分数单位体积活化分子百分数的反应物分子性质的反应物分子性质该反应活化能的大小该反应活化能的大小分子的内部结构分子的内部结构 还知道还知道: : 某一化学反应的速率大小与某一化学反应的速率大小与 有关有关; ;而有效碰撞次数的多少与而有效碰撞次数的多少与 有关有关; ;活化分子的多少又与活化分子的多少又与 有关。活化能的大小是由有关。活化能的大小是由该反应该反应 决定的决定的, ,而反应物分子的性质又与而反应物分子的性质又与 密切相关。密切相关。内分子的有效碰撞次数内分子的有效碰撞次数单位时间单位时间练习练习1.实验室制氢气时，若向稀硫酸中加几滴硫实验室制氢气时，若向稀硫酸中加几滴硫酸铜溶液，则产生氢气的速率加快，该反应酸铜溶液，则产生氢气的速率加快，该反应中硫酸铜中硫酸铜 催化剂（填：是、不是）。催化剂（填：是、不是）。2.单独加热氯酸钾，产生氧气的速率小，而单独加热氯酸钾，产生氧气的速率小，而将少量高锰酸钾和氯酸钾混合共热制氧气，将少量高锰酸钾和氯酸钾混合共热制氧气，产生氧气的速率明显加快，该实验中高锰酸产生氧气的速率明显加快，该实验中高锰酸钾钾 催化剂（填：是、不是）。催化剂（填：是、不是）。不是不是练习 3. 是发生化学反应的必要条件，是发生化学反应的必要条件， 是发生化学反应的充分条件。是发生化学反应的充分条件。 4.活化分子指的是能够活化分子指的是能够 。 5.活化能的大小意味着一般分子成为活化分活化能的大小意味着一般分子成为活化分子的子的 ，活化能的大小不影，活化能的大小不影响响 ，活化能的作用在于，活化能的作用在于 使使 。 6.常用的提供活化能的方法有常用的提供活化能的方法有 等。等。 碰撞碰撞有效碰撞有效碰撞发生有效碰撞的分子发生有效碰撞的分子难易难易反应前后的能量变化反应前后的能量变化反应物活化反应物活化加热加热、光照光照、超声波超声波、核辐射核辐射、 外加碰场外加碰场7.什么是有效碰撞？什么是有效碰撞？8.某一化学反应的速率大小与单位时间某一化学反应的速率大小与单位时间内内 有关有关 。9.什么是活化分子？什么是活化分子？ 引起分子间的化学反应的碰撞是有效碰撞引起分子间的化学反应的碰撞是有效碰撞 有效碰撞的次数有效碰撞的次数 具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子是活化分具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子是活化分子，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞。有效碰撞次数的多少与子的碰撞不一定是有效碰撞。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单位体积内反应物中活化分子的多少有关 10、下列说法错误的是、下列说法错误的是A.当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时,才能发生化才能发生化学反应学反应B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子发生有效碰撞的分子一定是活化分子C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞活化分子间的碰撞一定是有效碰撞D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应活化分子间每次碰撞都发生化学反应E.能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量F.活化能指活化分子多出反应物分子平均能量的那部分能量活化能指活化分子多出反应物分子平均能量的那部分能量G.使用催化剂能改变分子的活化能使用催化剂能改变分子的活化能H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应催化剂能使不起反应的物质间发生反应
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