高中教學(xué)中講授化學(xué)反應(yīng)活化能的方法探討

董曉慰

【摘?要】本文結(jié)合不同版本的高中化學(xué)教材對(duì)化學(xué)反應(yīng)活化能的介紹，對(duì)化學(xué)反應(yīng)活化能的教學(xué)方法進(jìn)行深入地探討，并且從IUPAC的角度出發(fā)進(jìn)一步對(duì)活化能的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，希望通過本文可以為今后的活化能教學(xué)提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué);教學(xué);化學(xué)反應(yīng);活化能;基元反應(yīng)

引言：

活化能是一個(gè)涉及物理、化學(xué)、普通化學(xué)以及無(wú)機(jī)化學(xué)的概念。它的物理意義是把反應(yīng)分子激發(fā)到可進(jìn)行反應(yīng)的活化狀態(tài)時(shí)所需的能量，同時(shí)也是化學(xué)反應(yīng)速率中的一項(xiàng)重要參數(shù)。由于活化能涉及的范圍較為廣泛，因此世界范圍內(nèi)至今為止依然沒有一個(gè)固定的定論。

1活化能概念的由來(lái)及提出

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，活化能是一個(gè)讓很多師生都很困惑的抽象概念。目前，全國(guó)各省用的高中化學(xué)教材的版本有很多種，最具有代表性的版本就是人教版（2019新課標(biāo)）、蘇教版（2017新課標(biāo)）和魯科版（2017新課標(biāo)）教材。而每一種教材對(duì)于活化能的介紹都有著或大或小的區(qū)別。本文將從阿倫尼烏斯公式、基元反應(yīng)、活化能的原理以及需要活化能概念的原因這四個(gè)方面分別對(duì)活化能的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比。高中化學(xué)之所以引入活化能這個(gè)概念，是基于活化能與化學(xué)反應(yīng)速率之間的關(guān)系。人教版（2019新課標(biāo)）教材中這樣寫到“大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)往往要經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟才能實(shí)現(xiàn)，每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)?；罨肿又傅氖悄軌蜻M(jìn)行有效碰撞的分子?；罨肿泳哂械钠骄芰颗c反應(yīng)物分子具有的平均能量之差，叫做反應(yīng)的活化能?！睂?duì)阿倫尼烏斯公式?jīng)]有做任何介紹;蘇教版（2017新課標(biāo)）對(duì)阿倫尼烏斯公式也并沒有進(jìn)行詳細(xì)的介紹，也沒有對(duì)基元反應(yīng)進(jìn)行介紹，對(duì)活化能的解釋為含有分子的能量平均值以及活化分子能量平均值之間的差，之所以需要用到活化能這一概念其根本原因?yàn)檫^渡態(tài)理論以及碰撞理論;而魯科版（2017新課標(biāo)）教材介紹活化能時(shí)，對(duì)阿倫尼烏斯公式有詳細(xì)的介紹，對(duì)基元反應(yīng)也有介紹，而活化能的解釋為普通分子能量平均值與活化分子能量平均值之間的具體差值。同時(shí)，所謂的活化分子是指的是能夠達(dá)到基元反應(yīng)中活化能的能量的分子，需要學(xué)習(xí)活化能的根本原因是碰撞理論以及過渡態(tài)理論。綜合以上分析不難發(fā)現(xiàn)，不同教材對(duì)活化能的論述有著或大或小的區(qū)別，而這種情況的存在給教師的授課和學(xué)生的理解都帶來(lái)了一定的困惑與干擾。

2高中教學(xué)中講授化學(xué)反應(yīng)活化能的建議

2.1化學(xué)反應(yīng)活化能的復(fù)雜性及多步性

日常生活中我們較為常見的甲烷的燃燒反應(yīng)，氧氣和氫氣的反應(yīng)以及氯氣與氫氣的反應(yīng)等等。這些反應(yīng)都不是通過簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的碰撞就能完成的，而是由諸多環(huán)節(jié)的單個(gè)反應(yīng)組合而成的，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)中的每一個(gè)單個(gè)小步驟，我們將其稱之為基元反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)正是通過多個(gè)基元反應(yīng)組合而成所呈現(xiàn)出來(lái)的最終結(jié)果，這種結(jié)果我們將其稱之為總包反應(yīng)，平時(shí)所寫的化學(xué)方程式實(shí)質(zhì)上指的就是總包反應(yīng)。因此在平時(shí)授課的過程中，教師并不需要把化學(xué)反應(yīng)活化能對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面詳細(xì)的解釋。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)本身在實(shí)際進(jìn)行的過程當(dāng)中就有復(fù)雜性以及多步性。因此總包反應(yīng)的活化能在高中階段是很難向?qū)W生講授明白的，我們可以結(jié)合這幾個(gè)版本教材中對(duì)活化能、基元反應(yīng)、過渡態(tài)理論和碰撞理論的簡(jiǎn)單介紹，進(jìn)行整合講授。

2.2基元反應(yīng)活化能與復(fù)雜反應(yīng)活化能的關(guān)系

根據(jù)阿倫尼烏斯觀點(diǎn)可以進(jìn)一步推導(dǎo)出活化能是來(lái)源于化學(xué)反應(yīng)過程中，而不是來(lái)自于基元反應(yīng)以及總包反應(yīng)當(dāng)中的。通過IUPAC觀點(diǎn)的全面理解，不難知道活化能的具體數(shù)值和反應(yīng)時(shí)所需要的溫度呈現(xiàn)出正比的關(guān)系。當(dāng)溫度變化范圍比較小的時(shí)候，活化能的實(shí)際數(shù)值就會(huì)趨向于常數(shù);當(dāng)溫度范圍由于各種因素的影響變化比較大時(shí)，那么相應(yīng)活化能的數(shù)值就會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)離常數(shù)。除此之外，一般情況而言，化學(xué)反應(yīng)活化能的具體數(shù)值會(huì)隨著溫度的增加而不斷增加。化學(xué)反應(yīng)活化能的反應(yīng)速率也會(huì)隨著溫度的增長(zhǎng)增加而增加，將其此形象地稱之為正值。只有極個(gè)別的情況下，化學(xué)反應(yīng)活化能會(huì)隨著溫度的增長(zhǎng)而降低，化學(xué)反應(yīng)活化能的反應(yīng)速率也會(huì)隨著溫度的增長(zhǎng)而降低;有些反應(yīng)的活化能不會(huì)隨著溫度的變化而變化，相應(yīng)的反應(yīng)速率也不會(huì)隨著溫度的變化而呈現(xiàn)正相關(guān)或反相關(guān)的關(guān)系，我們將其稱之為負(fù)值或者是零?？偘磻?yīng)中的活化能以及基元反應(yīng)活化能有著非常密切的聯(lián)系，彼此之間是相互配合的。在數(shù)學(xué)上若干結(jié)構(gòu)的基元反應(yīng)活化能的混合最終會(huì)形成總包反應(yīng)的活化能，而基元反應(yīng)的活化能就形式上而言屬于單一結(jié)構(gòu)。這就使得基元反應(yīng)活化能的物理含義相對(duì)而言比較清晰明了?？偘磻?yīng)活化能則沒有確切的物理含義只是一種宏觀的度量而已。

2.3化學(xué)反應(yīng)的活化能原理

化學(xué)反應(yīng)之所以會(huì)發(fā)生，其根本原因是由于微觀粒子之間總是處于不斷的碰撞運(yùn)動(dòng)當(dāng)中。而粒子之所以會(huì)產(chǎn)生不斷的運(yùn)動(dòng)，是由于微觀粒子本身所具有的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。微觀粒子的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)在零度以上發(fā)生的，因此當(dāng)溫度由于各種因素的影響呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，會(huì)使得不同微觀粒子之間產(chǎn)生平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且會(huì)溫度的上升會(huì)使平動(dòng)運(yùn)動(dòng)突然之間變得更加劇烈，從而造成不同粒子之間的碰撞。一般情況粒子之間的頻繁碰撞可以將其分為兩種分別是有效碰撞以及一般碰撞，而化學(xué)反應(yīng)之所以會(huì)出現(xiàn)，其根本原因是由于活化分子之間進(jìn)行了有效碰撞，普通碰撞要想轉(zhuǎn)化為有效碰撞就需要通過的一定的能量將普通分子轉(zhuǎn)化為活化分子，最終形成產(chǎn)物分子。

3結(jié)束語(yǔ)

在中學(xué)階段，教師在向高中生進(jìn)行活化能講解時(shí)，應(yīng)該著重向?qū)W生強(qiáng)調(diào)常見化學(xué)反應(yīng)的多步性、復(fù)雜性以及基元反應(yīng)的概念。強(qiáng)調(diào)分子經(jīng)過碰撞之后，才有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及分子之間的碰撞可分為一般碰撞以及有效碰撞這兩大類型。啟發(fā)學(xué)生懂得為何需要用到統(tǒng)計(jì)平均的觀念才能正確理解化學(xué)反應(yīng)的活化能以及實(shí)驗(yàn)規(guī)律。同時(shí)在中學(xué)期間沒必要向?qū)W生介紹超前的碰撞理論以及過渡態(tài)理論這類概念。

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（作者單位：山西省運(yùn)城市稷山縣稷山中學(xué)）