高中教学中讲授化学反应活化能的方法探讨

董晓慰

【摘 要】本文结合不同版本的高中化学教材对化学反应活化能的介绍，对化学反应活化能的教学方法进行深入地探讨，并且从IUPAC的角度出发进一步对活化能的相关内容进行了统计，希望通过本文可以为今后的活化能教学提供一些参考。

【关键词】高中化学;教学;化学反应;活化能;基元反应

引言：

活化能是一个涉及物理、化学、普通化学以及无机化学的概念。它的物理意义是把反应分子激发到可进行反应的活化状态时所需的能量，同时也是化学反应速率中的一项重要参数。由于活化能涉及的范围较为广泛，因此世界范围内至今为止依然没有一个固定的定论。

1活化能概念的由来及提出

在高中化学教学过程中，活化能是一个让很多师生都很困惑的抽象概念。目前，全国各省用的高中化学教材的版本有很多种，最具有代表性的版本就是人教版（2019新课标）、苏教版（2017新课标）和鲁科版（2017新课标）教材。而每一种教材对于活化能的介绍都有着或大或小的区别。本文将从阿伦尼乌斯公式、基元反应、活化能的原理以及需要活化能概念的原因这四个方面分别对活化能的相关内容进行对比。高中化学之所以引入活化能这个概念，是基于活化能与化学反应速率之间的关系。人教版（2019新课标）教材中这样写到“大多数化学反应往往要经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应。活化分子指的是能够进行有效碰撞的分子。活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。”对阿伦尼乌斯公式没有做任何介绍;苏教版（2017新课标）对阿伦尼乌斯公式也并没有进行详细的介绍，也没有对基元反应进行介绍，对活化能的解释为含有分子的能量平均值以及活化分子能量平均值之间的差，之所以需要用到活化能这一概念其根本原因为过渡态理论以及碰撞理论;而鲁科版（2017新课标）教材介绍活化能时，对阿伦尼乌斯公式有详细的介绍，对基元反应也有介绍，而活化能的解释为普通分子能量平均值与活化分子能量平均值之间的具体差值。同时，所谓的活化分子是指的是能够达到基元反应中活化能的能量的分子，需要学习活化能的根本原因是碰撞理论以及过渡态理论。综合以上分析不难发现，不同教材对活化能的论述有着或大或小的区别，而这种情况的存在给教师的授课和学生的理解都带来了一定的困惑与干扰。

2高中教学中讲授化学反应活化能的建议

2.1化学反应活化能的复杂性及多步性

日常生活中我们较为常见的甲烷的燃烧反应，氧气和氢气的反应以及氯气与氢气的反应等等。这些反应都不是通过简简单单的碰撞就能完成的，而是由诸多环节的单个反应组合而成的，对于化学反应中的每一个单个小步骤，我们将其称之为基元反应。化学反应正是通过多个基元反应组合而成所呈现出来的最终结果，这种结果我们将其称之为总包反应，平时所写的化学方程式实质上指的就是总包反应。因此在平时授课的过程中，教师并不需要把化学反应活化能对学生进行全面详细的解释。因为化学反应本身在实际进行的过程当中就有复杂性以及多步性。因此总包反应的活化能在高中阶段是很难向学生讲授明白的，我们可以结合这几个版本教材中对活化能、基元反应、过渡态理论和碰撞理论的简单介绍，进行整合讲授。

2.2基元反应活化能与复杂反应活化能的关系

根据阿伦尼乌斯观点可以进一步推导出活化能是来源于化学反应过程中，而不是来自于基元反应以及总包反应当中的。通过IUPAC观点的全面理解，不难知道活化能的具体数值和反应时所需要的温度呈现出正比的关系。当温度变化范围比较小的时候，活化能的实际数值就会趋向于常数;当温度范围由于各种因素的影响变化比较大时，那么相应活化能的数值就会越来越远离常数。除此之外，一般情况而言，化学反应活化能的具体数值会随着温度的增加而不断增加。化学反应活化能的反应速率也会随着温度的增长增加而增加，将其此形象地称之为正值。只有极个别的情况下，化学反应活化能会随着温度的增长而降低，化学反应活化能的反应速率也会随着温度的增长而降低;有些反应的活化能不会随着温度的变化而变化，相应的反应速率也不会随着温度的变化而呈现正相关或反相关的关系，我们将其称之为负值或者是零。总包反应中的活化能以及基元反应活化能有着非常密切的联系，彼此之间是相互配合的。在数学上若干结构的基元反应活化能的混合最终会形成总包反应的活化能，而基元反应的活化能就形式上而言属于单一结构。这就使得基元反应活化能的物理含义相对而言比较清晰明了。总包反应活化能则没有确切的物理含义只是一种宏观的度量而已。

2.3化学反应的活化能原理

化学反应之所以会发生，其根本原因是由于微观粒子之间总是处于不断的碰撞运动当中。而粒子之所以会产生不断的运动，是由于微观粒子本身所具有的平动运动。微观粒子的平动运动在零度以上发生的，因此当温度由于各种因素的影响呈现上升趋势，会使得不同微观粒子之间产生平动运动，并且会温度的上升会使平动运动突然之间变得更加剧烈，从而造成不同粒子之间的碰撞。一般情况粒子之间的频繁碰撞可以将其分为两种分别是有效碰撞以及一般碰撞，而化学反应之所以会出现，其根本原因是由于活化分子之间进行了有效碰撞，普通碰撞要想转化为有效碰撞就需要通过的一定的能量将普通分子转化为活化分子，最终形成产物分子。

3结束语

在中学阶段，教师在向高中生进行活化能讲解时，应该着重向学生强调常见化学反应的多步性、复杂性以及基元反应的概念。强调分子经过碰撞之后，才有可能发生化学反应，以及分子之间的碰撞可分为一般碰撞以及有效碰撞这两大类型。启发学生懂得为何需要用到统计平均的观念才能正确理解化学反应的活化能以及实验规律。同时在中学期间没必要向学生介绍超前的碰撞理论以及过渡态理论这类概念。

参考文献：

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（作者单位：山西省运城市稷山县稷山中学）