碰撞理论与过渡态理论学案.docx

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。

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。

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
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。