碰撞理论

本页只讲一条中四内容标准：碰撞理论。上一条标准列出了改变反应速率的因素；碰撞理论就是解释每一个因素为何有效的模型。

几乎每一道要你「从碰撞理论的角度解释为什么……」的试卷二答题都在考这一个观念，所以值得把它当作一套紧凑、可反复使用的句子来学。

核心观念

要发生反应，反应物粒子必须彼此碰撞。但并非每次碰撞都导致反应。

碰撞理论指出，反应只有在粒子以下列条件相碰时才发生：

1. 足够的能量，等于或大于活化能的能量，以及
2. 正确的取向（使化学键能够断裂和形成的正确方位）。

同时满足这两个条件并产生反应的碰撞叫作有效碰撞。太弱的碰撞，或取向错误的碰撞，只会弹开而不发生反应。

反应速率取决于有效碰撞的频率，单位时间内有效碰撞的次数。任何增大这一频率的东西都会增大速率。

活化能

活化能（Eₐ）是相碰粒子必须具有的、使碰撞有效并导致反应的最小能量。只有能量 ≥ Eₐ 的粒子才能在碰撞时反应。

如果大多数粒子的能量低于活化能，大多数碰撞就无效，反应就慢。

用碰撞理论解释各因素

分数就在这里。标准 7.2 的每一个因素都有一套标准解释：

• 较高的浓度（或气体的压力）。 相同体积里有更多反应物粒子，所以粒子碰撞更频繁。碰撞更频繁意味着单位时间内有效碰撞更多，所以速率增大。
• 较大的总表面积（较小的颗粒）。 固体更多的粒子暴露给另一反应物，所以碰撞在更大的面积上更频繁地发生，增大速率。
• 较高的温度。 粒子获得动能、移动更快，所以碰撞更频繁。更重要的是，现在有更多粒子的能量 ≥ 活化能，所以有效碰撞的比例更大。两个效应都增大有效碰撞的频率，这就是温度效应如此强烈的原因。
• 催化剂。 催化剂提供一条活化能较低的替代路径，所以现有粒子中有更多具有足够能量在碰撞时反应。有效碰撞的频率上升，增大速率，而催化剂本身不被消耗。

注意这个规律：浓度、压力和表面积通过改变粒子碰撞的频繁程度起作用；温度通过同时改变频繁程度和能量起作用；催化剂通过降低能量障碍起作用。

例题

题目。 从碰撞理论的角度，解释为什么升高温度会增大反应速率。

要提到碰撞的频率和能量两方面。

第一步，说出温度对粒子的作用。 升高温度给反应物粒子更多动能，所以它们移动更快。

第二步，处理碰撞频率。 因为移动更快，粒子碰撞更频繁。

第三步，处理碰撞能量。 更快的粒子也意味着现在有更大比例的粒子能量等于或大于活化能，所以有效碰撞的比例更大。

第四步，联系到速率。 两个效应都增大单位时间内有效碰撞的频率，所以反应速率增大。

答案。 升高温度提高粒子的动能，所以它们碰撞更频繁，而且更大比例的粒子能量 ≥ 活化能。

这增大了有效碰撞的频率，因此反应速率增大。

练习题

题目。 锌粉与稀硫酸的反应比相同质量的一颗锌粒快。

用碰撞理论解释这一观察。

答案。 把锌研成粉末给它大得多的总表面积，所以更多锌原子暴露给酸粒子。这意味着酸粒子与锌碰撞更频繁，从而增大单位时间内有效碰撞的频率。结果，尽管质量相同，锌粉的反应速率比单颗锌粒快。

考试提示

考官看重清晰的推理链：因素 → 碰撞频率（和/或能量）的变化 → 有效碰撞频率的变化 → 速率的变化。几乎总是需要两个精确短语：「有效碰撞的频率」和「等于或大于活化能的能量」。

只有温度这个因素，你必须提到两个效应，碰撞更频繁以及更多粒子达到活化能，因为只给一个的答案通常会丢分。绝不要写催化剂「给粒子能量」；催化剂降低活化能。

写出满分解释

当题目说「从碰撞理论的角度解释」时，把它当成一段简短的结构化答案，而不是一句话。先说出该因素在粒子层面做了什么（每体积更多粒子、更多表面暴露、粒子更快，或能量障碍更低）。

再说这对碰撞做了什么，更频繁、更有能量，或更多碰撞能越过障碍。最后接到结果：有效碰撞的频率更高，因此速率更高。

按这个顺序写答案，你就会触及每一个得分点。

一个常见陷阱是把浓度和温度用同样的方式解释。它们并不相同。

浓度（以及压力、表面积）只改变碰撞的频率；粒子的平均能量不变。温度同时改变频率和能量，这个额外的观念使它成为最强的因素。

把这一区别保持清晰，正是把不完整的答案变成完整答案的关键。

本节定位

这是**反应速率**一章的内容标准 7.3，位于因素列表与催化剂研究之间。它是整章的推理工具，也是试卷二常考的作文题。

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快速回顾

• 反应需要具有能量 ≥ 活化能且取向正确的碰撞，有效碰撞。
• 速率取决于有效碰撞的频率。
• 浓度、压力和表面积只提高碰撞的频率。
• 温度同时提高频率和达到 Eₐ 的比例；催化剂降低 Eₐ。