化学自习室移动版

一个化学反应一般经历的过程可用图1表

上述流程揭示:在反应物分子(普通分子)获 得了一定能量后变成活化分子的基础上，必须在 合适的方向上进行碰撞才能构成有效碰撞，从而形成化学反应，生成新物质同时伴随能量的发生， 可见活化分子的碰撞是有效碰撞的必要条件，形 成活化分子的有效碰撞包含了空间与能量两个方面。

这里以NO₂ ＋ CO ==NO ＋ CO₂的化学反应为例，从两个方面进行探究说明形成有效碰撞的重要条件。

一、初识活化分子与活化能，构建模型基本框架

具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子称为活化分子。实验证明，分子之间碰撞的能量大于等于临界能量E₀时，才可能发生有效碰撞。从

等温下分子能量分布曲线(如图2所示)来看，反 应物分子的能量可以从0→∞，但是具有很低能 量和很高能量的分子都比较少，具有平均能量的分子相当多。E表示分子的平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量，E与Ec之差叫活化能，不同的反应具有不同的活化能。反应的活化能越低，则在指定温度下活化分子数越多，反应就越 快。从不同温度下分子能量分布曲线(如图3所 示)上看，当温度升高时，气体分子的运动速度增 大，不仅使气体分子在单位时间内碰撞的次数增加，更重要的是由于气体分子能量增加，使活化分子百分数增大；温度为t₁时活化分子的多少可由面积A₁反映出来；温度为t₂时，活化分子的多少由面积A₁＋A₂反映出来。从图中可以看到，升高温度，可以使活化分子百分数增大，从而使反应 速率增大。

二、巧妙引入实例分析，从空间与能量角度解 释活化分子的碰撞不一定是有效碰撞

1.空间因素

反应物NO₂与CO分子周围存在着电子云， 当他们相互靠近时分子的键长和形状发生了明显 的变化，当NO₂与CO分子在特定的方向上相互 碰撞时，发生化学反应，过程如图4所示。

可见，上述NO₂与CO的反应过程中，当 N－O和C－O在一条直线上相互接触时，最有利 于“活化配合物”的形成，有利于形成有效碰撞， 有利于化学反应的进行。

2. 能量因素

活化能，即活化分子高出反应物分子平均能 量部分。反应物分子必须具备一定的能量(即大 于或等于临界能)才能成为活化分子，才有可能 发生有效的碰撞。

NO₂与CO分子周围存在电子云，当它们靠 近时由于电荷之间存在库仑斥力的作用，只有具备足够能量的分子，才能克服这种库仑斥力进行有效的碰撞，即形成过渡状态下的“活化配合 物”。此时原有的N－O键部分断裂，新的O－O 键部分地形成。这种活化配合物既可以分解而成 反应物NO₂和CO，又可以形成生成物NO和 CO₂。如图5所示，反映了上述反应过程中能量 的变化情况。图中A点为NO₂＋CO系统的平均 能量。在此状态下，NO₂与CO不能发生有效碰 撞，即不能发生化学反应；若NO₂ ＋CO系统的能 量等于或大于B处的能量时，两者才能发生有效 碰撞形成中间状态“活化配合物”ONO－CO，进而 反应形成反应物NO ＋ CO₂；图中C点表示NO ＋ CO₂系统的平均能量。从图中可以看到，E₁是正反应的活化能，E₂是逆反应的活化能。E₂和 E₁之差是化学反应的热效应。正反应是放热反应， 逆反应是吸热反应。

总而言之，普通分子获得活化能量后变成活 化分子，这些作为反应物的活化分子只有在空间 和能量两种因素都满足的情况下，才能发生有效的碰撞，进行化学反应。当然对于活化分子的有 效碰撞问题，还可以利用简化模型进行解释和理 解，这不仅是科学认识的重要方法之一，同时也是 高中化学教师在平时的教学过程中经常进行有效 训练的重要手段。