高中教學中講授化學反應活化能的方法探討

董曉慰

【摘?要】本文結合不同版本的高中化學教材對化學反應活化能的介紹，對化學反應活化能的教學方法進行深入地探討，并且從IUPAC的角度出發進一步對活化能的相關內容進行了統計，希望通過本文可以為今后的活化能教學提供一些參考。

【關鍵詞】高中化學;教學;化學反應;活化能;基元反應

引言：

活化能是一個涉及物理、化學、普通化學以及無機化學的概念。它的物理意義是把反應分子激發到可進行反應的活化狀態時所需的能量，同時也是化學反應速率中的一項重要參數。由于活化能涉及的范圍較為廣泛，因此世界范圍內至今為止依然沒有一個固定的定論。

1活化能概念的由來及提出

在高中化學教學過程中，活化能是一個讓很多師生都很困惑的抽象概念。目前，全國各省用的高中化學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）、蘇教版（2017新課標）和魯科版（2017新課標）教材。而每一種教材對于活化能的介紹都有著或大或小的區別。本文將從阿倫尼烏斯公式、基元反應、活化能的原理以及需要活化能概念的原因這四個方面分別對活化能的相關內容進行對比。高中化學之所以引入活化能這個概念，是基于活化能與化學反應速率之間的關系。人教版（2019新課標）教材中這樣寫到“大多數化學反應往往要經過多個反應步驟才能實現，每一步反應都稱為基元反應。活化分子指的是能夠進行有效碰撞的分子。活化分子具有的平均能量與反應物分子具有的平均能量之差，叫做反應的活化能。”對阿倫尼烏斯公式沒有做任何介紹;蘇教版（2017新課標）對阿倫尼烏斯公式也并沒有進行詳細的介紹，也沒有對基元反應進行介紹，對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為過渡態理論以及碰撞理論;而魯科版（2017新課標）教材介紹活化能時，對阿倫尼烏斯公式有詳細的介紹，對基元反應也有介紹，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，所謂的活化分子是指的是能夠達到基元反應中活化能的能量的分子，需要學習活化能的根本原因是碰撞理論以及過渡態理論。綜合以上分析不難發現，不同教材對活化能的論述有著或大或小的區別，而這種情況的存在給教師的授課和學生的理解都帶來了一定的困惑與干擾。

2高中教學中講授化學反應活化能的建議

2.1化學反應活化能的復雜性及多步性

日常生活中我們較為常見的甲烷的燃燒反應，氧氣和氫氣的反應以及氯氣與氫氣的反應等等。這些反應都不是通過簡簡單單的碰撞就能完成的，而是由諸多環節的單個反應組合而成的，對于化學反應中的每一個單個小步驟，我們將其稱之為基元反應。化學反應正是通過多個基元反應組合而成所呈現出來的最終結果，這種結果我們將其稱之為總包反應，平時所寫的化學方程式實質上指的就是總包反應。因此在平時授課的過程中，教師并不需要把化學反應活化能對學生進行全面詳細的解釋。因為化學反應本身在實際進行的過程當中就有復雜性以及多步性。因此總包反應的活化能在高中階段是很難向學生講授明白的，我們可以結合這幾個版本教材中對活化能、基元反應、過渡態理論和碰撞理論的簡單介紹，進行整合講授。

2.2基元反應活化能與復雜反應活化能的關系

根據阿倫尼烏斯觀點可以進一步推導出活化能是來源于化學反應過程中，而不是來自于基元反應以及總包反應當中的。通過IUPAC觀點的全面理解，不難知道活化能的具體數值和反應時所需要的溫度呈現出正比的關系。當溫度變化范圍比較小的時候，活化能的實際數值就會趨向于常數;當溫度范圍由于各種因素的影響變化比較大時，那么相應活化能的數值就會越來越遠離常數。除此之外，一般情況而言，化學反應活化能的具體數值會隨著溫度的增加而不斷增加。化學反應活化能的反應速率也會隨著溫度的增長增加而增加，將其此形象地稱之為正值。只有極個別的情況下，化學反應活化能會隨著溫度的增長而降低，化學反應活化能的反應速率也會隨著溫度的增長而降低;有些反應的活化能不會隨著溫度的變化而變化，相應的反應速率也不會隨著溫度的變化而呈現正相關或反相關的關系，我們將其稱之為負值或者是零。總包反應中的活化能以及基元反應活化能有著非常密切的聯系，彼此之間是相互配合的。在數學上若干結構的基元反應活化能的混合最終會形成總包反應的活化能，而基元反應的活化能就形式上而言屬于單一結構。這就使得基元反應活化能的物理含義相對而言比較清晰明了。總包反應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化學反應的活化能原理

化學反應之所以會發生，其根本原因是由于微觀粒子之間總是處于不斷的碰撞運動當中。而粒子之所以會產生不斷的運動，是由于微觀粒子本身所具有的平動運動。微觀粒子的平動運動在零度以上發生的，因此當溫度由于各種因素的影響呈現上升趨勢，會使得不同微觀粒子之間產生平動運動，并且會溫度的上升會使平動運動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，而化學反應之所以會出現，其根本原因是由于活化分子之間進行了有效碰撞，普通碰撞要想轉化為有效碰撞就需要通過的一定的能量將普通分子轉化為活化分子，最終形成產物分子。

3結束語

在中學階段，教師在向高中生進行活化能講解時，應該著重向學生強調常見化學反應的多步性、復雜性以及基元反應的概念。強調分子經過碰撞之后，才有可能發生化學反應，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。啟發學生懂得為何需要用到統計平均的觀念才能正確理解化學反應的活化能以及實驗規律。同時在中學期間沒必要向學生介紹超前的碰撞理論以及過渡態理論這類概念。

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（作者單位：山西省運城市稷山縣稷山中學）