选必1 第二章 化学反应速率与化学平衡

这是一篇关于高中化学选择性必修一第二章的思维导图，主要内容包括：化学反应速率，化学平衡，化学反应的方向，化学反应的调控。

• 化学反应速率
  • 化学反应速率的表示方法
    • 对于反应aA+bB=cC+dD,化学反应速率可表示为
      • v（A）=Δc（A）/Δt
      • v（B）=Δc（B）/Δt
      • v（C）=Δc（C）/Δt
      • v（D）=Δc（D）/Δt
  • 影响化学反应速率的因素
    • 内因
      • 反应物的组成、结构、性质
    • 外因
      • 浓度
        • 增大反应物浓度，反应速率增大，减小反应物浓度，反应速率减小
      • 温度
        • 活化能
          • 活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能
        • 温度升高，反应物活化分子数增多，活化分子有效碰撞次数增多，反应速率增大
      • 压强
        • 增大压强相当于增大反应物浓度，反应速率增大，减小压强则相反
      • 催化剂
        • 催化剂降低反应的活化能，从而使活化分子数增多，反应速率增大
      • 其他
        • 如增大反应物接触面积，反应速率也会增大
  • 活化能
    • 定义
      • 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
    • 反应机理
      • 基元反应
        • 一步完成的反应，也是构成非基元反应历程的各基本步骤，它们鲜明反映反应速率的规律性
        • 若正向反应是基元反应，其逆向反应也是基元反应
        • 反应速率方程课根据方程式计量数直接写出
        • 平衡常数K=k正/k逆
      • 非基元反应
        • 无法一步完成，反应速率常数与平衡常数之间关系较为复杂，其速率方程由实验测定反应级数及速率常数之后才能确定，要弄清反应机理还必须有其他实验方法的配合
    • 有效碰撞
      • 发生化学反应的碰撞
    • 活化分子
      • 浓度
        • 其他条件相同时，浓度增大，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，速率增大
      • 温度
        • 其他条件相同时，温度升高，增加了活化分子百分数，单位时间有效碰撞增加，速率增大
      • 催化剂
        • 单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，速率增大
• 化学平衡
  • 化学平衡
    • 当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物与生成物的浓度不再随时间而变化，我们称之为化学平衡
    • 特征
      • 逆（研究前提是可逆反应） 等（同一物质的正逆反应速率相等） 动（动态平衡） 定（各物质的浓度与质量分数恒定） 变（条件改变，平衡发生变化）
  • 化学平衡常数
    • 定义
      • 在一定温度下，无论反应物起始浓度如何，反应到达平衡状态后，将各物质浓度代入以下表达式，结果是一个定值
    • 影响因素
      • 温度
    • 注意事项
      • 其中固体，纯液体，水溶液中水的浓度可视为定值，不列入平衡常数表达式中
    • 应用
      • （1）可以利用K值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。（Q：浓度积） Q〈K:反应向正反应方向进行; Q=K:反应处于平衡状态 ; Q〉K:反应向逆反应方向进行 （2）利用K值可判断反应的热效应 若温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应 若温度升高，K值减小，则正反应为放热反应
  • 影响化学平衡的因素
    • 浓度
      • 增大反应物浓度或减小生成物浓度，反应朝正向移动，减小反应物或生成物浓度则相反
      • 可根据浓度商Q来判断反应平衡移动
        • Q＞K，平衡朝逆向移动
        • Q<K，平衡朝正向移动
        • Q＝K，体系处于平衡状态
    • 压强
      • 对有气体参加的反应，压强增大，反应朝气体体积减小的方向移动
      • 当方程式中反应物与生成物气体总系数相同时，改变压强平衡不移动
    • 温度
      • 反应吸热时，升高温度，平衡朝正向移动，降温则相反
      • 反应放热时，升高温度，平衡朝逆向移动，降温则相反
    • 勒夏特列原理
      • 改变影响化学反应平衡的一个因素，平衡能朝着减弱这种改变的方向移动
• 化学反应的方向
  • 自发反应
    • 在一定条件下能自动进行的反应
    • 例子
      • Zn与硫酸铜，乙烯与溴
  • 反应的熵变
    • 衡量一个体系混乱程度的物理量称为熵，用S表示，熵变用ΔS表示
    • 若发生变化后体系的混乱程度增大，则ΔS>0；反之，ΔS<0
    • 体系趋向于有序转变为无序，导致体系的熵增加，这叫做熵增加原理，也是反应方向判断的依据
    • 同一物质，在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小。即S(g)〉S(l)〉S(s)
  • 焓变与熵变对反应方向的影响
    • 反应能否自发由熵变与焓变共同决定
      • ΔH-TΔS〈0 反应能自发进行 ΔH-TΔS=0 反应达到平衡状态 ΔH-TΔS〉0 反应不能自发进行
• 化学反应的调控
  • 以工业合成氨生产条件的选择为例
    • 反应特点
      • 可逆反应
      • 气体总体积缩小的反应
      • 正反应是放热反应
    • 合成氨条件的选择
      • 压强
        • 压强大，转化率高，速率快
        • 压强太大，对材料要求越高，需要动力越大
        • 适当高，200-500atm
      • 温度
        • 低温提高转化率
        • 温度低，速率低
        • 适应催化剂活性，500℃
      • 催化剂
        • 加入催化剂
        • 原料气要经过净化，防止催化剂中毒
        • 铁触媒