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1. 碰撞理论(微观解释)

化学反应速率及其影响因素 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 有效碰撞是指能量足够且取向合适,能发生化学反应的分子间碰撞。

从哪来 本节为起点,无前置知识点记录。

为什么 宏观上反应速率取决于单位体积内活化分子的百分数。微观上,分子碰撞需同时满足两个条件:一是能量必须达到或超过活化能(Ea),否则无法破坏旧键形成新键;二是碰撞取向必须正确,否则即使能量足够,原子也无法重新组合成产物。只有同时满足这两者的碰撞才称为有效碰撞,其频率直接决定反应速率。

类比法:握手与拥抱** 适合**形象思维强、抽象逻辑较弱**的学生。 讲解时比喻:分子碰撞像两个人见面。 1. **能量条件
两人必须都带着“热情”(活化能),如果一个人冷冰冰(能量低),碰一下就走,没反应。 2. 取向条件:两人必须面对面伸手(取向正确)。如果一个人背对着,或者手伸错了方向(比如想握手却撞到了肩膀),即使很有热情,也握不上手。 只有既热情又方向对,才叫“有效碰撞”。
讲法
数据推导法:概率统计 适合逻辑思维强、喜欢量化分析的学生。 讲解时引入概率概念: 假设总碰撞次数为 $N$。 1. 其中只有比例为 $f$ 的分子能量高于 $E_a$(麦克斯韦-玻尔兹曼分布)。 2. 在这部分高能分子中,只有比例为 $p$ 的碰撞取向是正确的(空间位阻因子)。 3. 有效碰撞频率 $Z_{eff} = N \times f \times p$。 强调:$f$ 和 $p$ 都是小于1的分数,所以有效碰撞远少于总碰撞。温度升高主要增加 $f$,催化剂主要改变路径从而降低 $E_a$ 进而大幅增加 $f$。
讲法
微观动画演示法:乐高积木 适合动手能力强、视觉学习者。 使用乐高积木模拟分子结构。 1. 让学生尝试将两块不同形状的积木拼在一起。 2. 第一次:随意扔过去(能量低,没拼上)。 3. 第二次:用力扔但接口对不上(能量够,取向错,弹开)。 4. 第三次:用力扔且接口完全吻合(能量够,取向对,拼上了)。 结论:化学反应就像拼乐高,必须“力气够”且“接口对”。
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练一道
基础题
对于反应 $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$,下列说法正确的是( ) A. 只要 $SO_2$ 和 $O_2$ 分子发生碰撞,就会生成 $SO_3$ B. 活化能越低,有效碰撞的比例越大 C. 升高温度,所有分子的能量都超过了活化能 D. 增大压强,分子总数增加,有效碰撞次数减少
变式
已知某反应在无催化剂时活化能为 $E_{a1}$,加入催化剂后活化能变为 $E_{a2}$ ($E_{a2} < E_{a1}$)。请从碰撞理论角度解释催化剂加快反应速率的原因。
试试手自己判
检测题
在密闭容器中发生反应 $A(g) + B(g) \rightarrow C(g)$。若保持温度不变,仅将容器体积压缩至原来的一半,从碰撞理论角度分析,反应速率加快的主要原因是( ) A. 分子的能量增加了 B. 活化能降低了 C. 单位体积内活化分子数增加了 D. 分子的取向变得正确了
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
- 选 C 为正确。
- 解析:压缩体积 $\rightarrow$ 压强增大 $\rightarrow$ 单位体积内分子总数增加。由于温度不变,活化分子百分数不变。因此,单位体积内的活化分子数(绝对数量)增加,导致有效碰撞频率增加,速率加快。
- 若选 A,错在温度不变,分子平均动能不变。
- 若选 B,错在催化剂才改变活化能,压缩体积不改变 $E_a$。
- 若选 D,错在取向是分子结构决定的,与压强无关。
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