有效碰撞理论

59一、新旧教材对比在有效碰撞理论方面，新旧教材在三方面有明显变化。

第一，在旧版选修四教材中，将有效碰撞模型和活化能内容放在绪言中阐述，并没有在化学反应速率一节出现。

而有效碰撞理论对解释和理解影响化学反应速率的因素中起着很重要的作用，引领学生从微观探析的角度对反应速率建立全新认识。

新版选择必修一教材将活化能作为第二章第一节《化学反应速率》第三部分教学内容去单独研究，放在影响化学反应速率的因素之后去深入探索，更方便学生理解化学反应机理，方便教师引导学生建立“改变条件→单位体积内活化分子数目变化→单位时间内有效碰撞次数变化→化学反应速率变化”的分析模型。

第二，在新教材中简单介绍了基元反应和反应历程等内容，为了下一步讲催化剂改变活化能的图像做好铺垫，也为学生认识化学反应历程做好铺垫。

在初中阶段，化学反应的本质是分子破裂成原子，原子又重新结合成新的分子，但这只是为了引导学生从微观层面上去认识化学反应本质，让学生能够把分子和原子区别开，只是一种比较笼统的说法，并不真正代表所有的化学反应的机理，所以新教材在初中的基础上进行了更加科学准确的描述，明确了基元反应的发生是反应物分子间有效碰撞的结果，是化学反应众多反应机理中的一种，教师应把握教学的深度，让学生知道基元反应、有效碰撞的概念即可，不深入讨论。

第三，新教材使学生明确催化剂是通过改变反应历程、改变反应的活化能来改变反应速率的。

在初中阶段对于催化剂的作用，学生知道催化剂可以改变化学反应速率，但质量和化学性质在反应前后不变，在高中旧版教材中，关于化学反应体系中反应物、产物的能量和活化能的关系图（如图1），并不能准确地体现催化剂改变了反应历程，因为研究表明大多数化学反应都不是一步完成的，一步反应的活化能太高了，而是经过多步反应才能完成[1]。

图2是新教材中表示无催化剂和有催化剂两种情况下反应物及生成物的能量与活化能的关系，通过观察图2，我们可以很明显看到催化剂的使用可以改变反应历程，改变活化能，在这张图上可以看到一个反应由多个基元反应构成，使用催化剂时每个基元反应的活化能都比不使用催化剂时低很多。

高中化学有效碰撞理论教案教学内容：有效碰撞理论教学目标：1. 了解有效碰撞理论的基本概念和原理；2. 掌握有效碰撞理论在化学反应速率方面的应用；3. 能够分析并解决相关问题。

教学重点：1. 有效碰撞概念的理解；2. 有效碰撞理论在反应速率方面的应用；3. 相关问题的解答和分析。

教学难点：1. 深入理解有效碰撞理论的概念和原理；2. 熟练掌握有效碰撞理论在化学反应速率方面的应用。

教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾化学反应速率的概念；2. 提出问题：为什么在相同条件下，有些反应速率较快，有些反应速率较慢？二、讲解有效碰撞理论（15分钟）1. 讲解有效碰撞的概念和重要性；2. 解释有效碰撞理论在化学反应速率方面的作用；3. 举例说明有效碰撞理论的应用。

三、实验演示（10分钟）1. 进行一个简单的实验，观察反应速率的变化；2. 分析实验结果，引导学生思考有效碰撞对反应速率的影响。

四、讨论与思考（10分钟）1. 分组讨论：什么是有效碰撞？为什么有效碰撞是化学反应速率的关键？2. 结合实际情况，讨论有效碰撞理论在生活中的应用。

五、练习与总结（10分钟）1. 练习相关题目，巩固知识点；2. 总结本节课的重点内容，概括有效碰撞理论的要点。

教学延伸：1. 学生可自行探究有效碰撞理论在其他领域的应用；2. 学生可进行更深入的实验研究，探究有效碰撞对反应速率的具体影响。

教学反思：通过本节课的学习，学生对有效碰撞理论有了初步的了解，并能够应用于实际问题中。

在以后的学习中，可以更深入地探究有效碰撞理论在化学反应速率方面的应用，提高学生对化学知识的理解和运用能力。

影响化学反应速率的影响因素【知识精讲深化思维】要点一：有效碰撞理论1、有效碰撞有效碰撞：能够发生化学反应（相互碰撞导致化学键断裂）的碰撞，是发生化学反应的充要条件；无效碰撞：不能发生化学反应（相互碰撞化学键不会断裂）的碰撞。

2、活化分子活化分子：具有较高能量，有可能发生有效碰撞的分子。

普通分子：具有较低能量，不能发生有效碰撞的分子。

3、活化能活化能：活化分子高出普通分子的能量；活化分子百分数：活化分子总数占分子总数的百分比。

例题1、下列说法中正确的是（）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时的有效碰撞．A．①③④⑤B．②③⑥C．③④⑤⑥D．②④⑤解：①活化分子间有合适的取向，发生的碰撞一定能发生化学反应，故①错误；②普通分子间不可能发生化学反应，故②错误；③活化分子比普通分子具有较高的能量，故③正确；④化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成，即原子的重新组合，故④正确；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，故⑤正确；⑥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，即活化分子有合适取向时的有效碰撞，故⑥正确；故选：C。

变式训练1、下列说法正确的是（）①参加反应的物质的性质是影响化学反应速率的主要因素②光是影响某些化学反应速率的外界条件之一③决定化学反应速率的主要因素是浓度④不管什么反应，增大浓度，或加热或加压，或使用催化剂，都可以加快反应速率．A．①②B．②③ C．③④ D．①④解：决定化学反应速率快慢的主要因素是反应物本身的性质，而浓度、温度、压强、催化剂是影响因素。

此外，还有固体物质的表面积，光，射线，溶剂性质等属于外因，也会影响化学反应速率，压强只对有气体参与的反应有影响。

故选：A。

有效碰撞理论
一、几个基本概念
1、有效碰撞
化学反应发生的先决条件是反应物分子必须发生碰撞;但不是任何两种反应物分子之间的碰撞都能发生反应,只有少数分子的碰撞能发生反应,这种能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞.
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（活化分子
）
②分子在一定方向上发生碰撞
推论：某一个化学反应的速率大小与单位时间内分子有效碰撞的次数有关
3、活化分子
具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子
4、活化能
化分子高出反应物分子平均能量的部分
活化分子的多少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 活化能高，活化分子的百分数低，反应难； 活化能低，活化分子的百分数高，反应易。

活化分子百分数=活化分子数÷反应分子总数×100%
活化能越小，则单位体积中活化分子数越多，单位时间内的有效碰撞越多，反应速率
越快。

活化能越小，一般分子成为活化分子越容易，则反应条件越简单。

5、催化剂（触媒）
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。

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,才能发生化学反应
B.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
D.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
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
G.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。

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)。

有效碰撞目录有效碰撞之一能引起化学反应的碰撞叫有效碰撞。

如果反应物分子间任何一次碰撞均能发生反应，例如，H2与I2反应在常温下，当两者浓度均为1mol·L-1时，根据分子运动论可以算出每毫升、每秒内反应物分子可以发生约为1028次碰撞，仅需10-5s的时间，即可完成反应。

换言之，反应可以在瞬间内完成。

但从测定其反应速率知道，其中发生反应的只有1015次·mL·s-1，可见，差不多在1013次碰撞中仅有一次发生反应。

能发生反应的碰撞显然是活化分子间的碰撞；那些大量的未能引起反应的碰撞叫无效碰撞，或弹性碰撞。

未能引起反应的碰撞，显然是非活化分子(或普通分子)间的碰撞。

有效碰撞之二能够发生化学反应的分子(或原子)的碰撞叫做有效碰撞。

在化学反应中，反应物分子不断发生碰撞，在千百万次碰撞中，大多数碰撞不发生反应，只有少数分子的碰撞才能发生化学反应，能发生有效碰撞的分子是活化分子。

而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。

发生有效碰撞的分子有能量的因素，还有空间因素，只有同时满足这两者的要求才能发生有效碰撞。

编辑本段有效碰撞理论其基本假设（1）分子为硬球型；（2）反应分子A和B必须碰撞才能发生反应；（3）只有那些能量超过普通分子的平均能量且空间方位适宜的活化分子的碰撞，即“有效碰撞”才能起反应。

据此结合气体分子运动论，导出气相双分子反应的速率常数（k）有如下定量公式：k=N0（rA+rB）2[8πRT（1/MA+1/MB）]1/2e-E/RT=BT1/2e-E/RT 其中N0为阿佛伽德罗(Avogadro)常量，rA、rB为分子半径，MA、MB为分子质量，E为临界能（或称阈能），R为理想气体常量，T为热力学温度，B 是与温度无关的常数。

具有足够能量的反应粒子互相碰撞并且分解化学键才会产生化学反应，这就是碰撞理论，如果没有这种能量，粒子们只不过是互不伤害地跳来蹦去而已。

早在1918年，路易斯运用气体运动论的成果，提出了反应速度的碰撞理论。

有效碰撞理论
有效碰撞理论是一个较为具体的学习方法，它提出了一种新的学习观点，也为
人们重新审视学习提供了一个有价值的视角。

它的核心思想是：活跃的思维可以使知识碰撞发生，知识碰撞促进了学习，而
思想碰撞有效地鼓励学习者思考，并带来新的知识产出。

从而促进学习者收获知识，提高他们的学习能力。

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通过有效的碰撞理论，让学生，在学习中充分体现自主性，以大胆的思想，积
极的努力，形成自身独特、灵活多变的思维，在社会中拥有更大的竞争力，从而为高校教育注入无限的活力。

第34节 有效碰撞理论简介大部分化学反应的发生，需要反应物的分子之间产生有效碰撞，即有足够的能量及适当的碰撞方向，其碰撞才能反应。

因此化学反应速率也就与有效碰撞的频率有关。

空气中的氧气与氮气在1atm 时，其碰撞频率虽然很大，但是几乎不发生反应。

因为常温时，氮气与氧气分子的动能不够，不能进行有效碰撞22N (g)O (g)+→常温不反应。

同学们可以想象如果N 2与O2能够在常温常压下能较快发生反应，我们所生活的地球上的大气成分不会像现在一样了。

反应中，各反应微粒的运动速率常有所不同，如图7-5所示，即为微粒动能分布图。

根据气体分子运动论的能量分布图可知，在一定温度下，气体分子所具有的能量（指平均动能）是各不相同的，有些分子的能量较高，有些分子的能量较低，但能量较高或较低的分子都比较少，大多数分子的能量接近于平均能量E ，它们服从麦克斯韦一玻尔兹曼（Maxwell -boltzmann ）统计分布，可用图7-5的能量分布曲线表示。

由图7-5可知，只有极少数分子（图中阴影面积中的分子）的能量比平均能量高，这些分子就是活化分子，它们之间的碰撞才能发生化学反应。

0E 为活化分子的平均能量。

图7-5能量分布曲线图7-6反应位能图如图7-6所示，a E 为正反应活化能。

a F '为逆反应活化能，正反应活化能与逆反应活化能的差即为此反应的反应热()H ∆。

活化能()H ∆()a E 越大，反应越困难，反应速率越小。

反应速率的大小，不仅须具备足够能量分子的碰撞，还要碰撞方向正确才会发生有效碰撞，才能使反应发生。

图7-7为H 2分子和Cl 2分子碰撞的方向、能量与反应的关系示意。

图7-7 H 2分子和Cl 2分子碰撞的方向、能量与反应的关系示意你知道阿累尼乌斯公式吗研究222HI(g)H (g)I (g)+的化学反应速率与HI 浓度(1)n -次，依此类推。

碰撞总次数用等差数列求和公式求和：碰撞总数=项数2(11)(1)(1)222n n n n n -+--=≈（因为n 很大1n n -≈，又因为，单位体积内n 个分子可用浓度c （H Ⅰ来代替，因此，将12并入常数，得到2(HI)v kc =。