导图社区 反应速率与化学平衡
化学动力学研究内容：研究化学反应速率和反应机理的化学分支学科；反应速率概念：在时间间隔∆t内，用单位时间内反应物（生成物）浓度的变化来表示的平均反应速率。
这是一篇关于分子结构和共价键理论的思维导图，主要内容有一、路易斯理论二、价键理论三、杂化轨道理论四、价层电子对互斥理论五、分子轨道理论。
这是一篇关于原子结构和元素周期律的思维导图，包括：一、近代原子结构理论的确立；二、微观粒子运动的特殊性；三、核外电子运动状态的描述；四、核外电子的排布；五、元素周期表；六、元素基本性质的周期性。
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反应速率与化学平衡
一、化学动力学研究内容
研究化学反应速率和反应机理的化学分支学科
二、反应速率概念
平均速率
在时间间隔∆t内，用单位时间内反应物（生成物）浓度的变化来表示的平均反应速率
反应物
生成物
瞬时速率
某一时刻的化学反应速率
浓度-时间曲线图上，指定时间切线的斜率
单位
三、反应速率理论
碰撞理论
以气相反应为基础
反应进行的先决条件
反应物分子间的相互碰撞
有效碰撞
有效碰撞产生的必要条件
碰撞中能反应的一组分子首先必须具备足够的能量
这组分子称为活化分子组
每个分子的能量因碰撞而不断改变，因此活化分子组并不是固定不变的，但由于一定温度下分子能量分布不变，则活化分子组的比例在一定温度下是固定的。
能量满足要求的碰撞次数占总碰撞次数的分数为f
=Z*/Z
具备E和E以上的分子组的分数
Ea越大，活化分子组数则越少，有效碰撞分数越小，故反应速率越慢
f为能量因子
Ea为能发生有效碰撞的活化分子组所具有的最低能量，即为活化能，为正值
Z*为满足能量要求的碰撞次数
Z为总的碰撞次数
有效碰撞次数Z**
Z**=ZfP
碰撞时分子的取向对于反应的发生也极其重要
P为取向因子
过渡状态理论
将反应中涉及到的物质的微观结构和反应速率结合起来，这是比碰撞理论先进的一面
机理
当两个具有足够能量的反应物分子相互接近时，先形成活化络合物，作为反应的中间过渡状态。
活化络合物能量很高，不稳定，它将分解并部分形成反应产物。
反应速率的决定性因素
活化络合物的浓度
活化络合物分解成产物的概率
活化络合物分解成产物的速率
反应进程-势能图
E反 反应物的平均能量
E产 产物的平均能量
E活 活化络合物的能量
Ea=E活-E反 ，正反应的活化能
Ea'=E活-E产，逆反应的活化能
∆rH=Ea-Ea',
四、反应机理
基元反应
定义
反应物分子一步直接转化为产物的反应
意义
动力学研究中最简单的反应，没有任何中间产物
微观可逆性原理
如果正反应是基元反应，则逆反应也必然是基元反应，且正逆反应经过同一活化络合物作为过渡态。
活化络合物不是中间产物
质量作用定律
恒温下，基元反应的速率同反应物浓度的幂的连乘积成正比，幂指数等于反应方程式中的化学计量数。
内容
由 a 个 A 分子和 b 个 B 分子，经一次碰撞完成反应，该反应的反应分子数是 （a + b），或说这个反应是（a + b）分子反应。
ki是速率常数，不随浓度变化，是温度的函数
K，a,b,均可由实验测得
反应分子数
基元反应或复杂反应的基元步骤中，发生反应所需要的粒子（分子、原子、离子或自由基）的数目
注意
只针对基元反应或者复杂反应基元步骤
基元反应的反应分子数和反应级数的数值相等。
反应分子数是微观量，反应级数是宏观量。
正整数
反应机理的探讨
实验测得的速率方程与按基元反应写出的质量作用定律表示式不一致时，该反应不是基元反应
即使实验测得的反应级数与反应式中的反应物化学计量数之和相等，也不能肯定该反应就是基元反应
用复杂反应的基元反应推导复杂反应的速率方程的方法
平衡假设法
稳态近似法
五、浓度对反应速率的影响
速率方程
见质量作用定律
复杂反应
根据实验写出速率方程，并确定反应级数
根据反应机理，即根据各基元步骤写出
反应级数
速率方程中幂指数之和，即反应的反应级数为m+n，或者说该反应为m+n级反应
可以是0、分数、整数
若速率方程较为复杂，不属于上述形式，则不好谈反应级数
速率常数
含义
在给定温度下，各种反应物浓度皆为1mol/L时的反应速率，又称比速常数
温度的函数
不同速率常数之比等于反应方程式中各物质的化学计量数之比
速率常数的单位与反应级数有关，由反应速率常数的单位，可以判新出反应的级数
n级反应的速率常数的单位为
六、浓度与反应时间的关系
以一种反应物的反应为例
零级反应
特点
反应速率与反应物浓度无关。
微分表达式
积分表达式
半衰期
反应物消耗一半所需的时间，用 t1/2 表示
公式
一级反应
反应速率与反应物浓度的一次方成正比
自然对数式
常用对数式
与反应初始浓度无关
二级反应
速率方程（积分表达式）
三级反应
七、温度对反应速率的影响
范特霍夫规则
温度每升高10 K，反应速率一般增至原来的 2 ~ 4 倍
阿仑尼乌斯公式（经验式）
用阿仑尼乌斯公式讨论速率和温度关系时，可近似地认为在一般的温度范围内活化能Ea和指前因子A均不随温度变化。 Ea 一定时，在较低的温度区间，温度对速率的影响较大，而在高温区间，影响要小些。
指数式
对数式
八、活化能对反应速率的影响
Ea 大的反应，直线斜率的绝对值大，所以活化能 Ea 大的反应，其速率随温度变化显著。
九、催化剂对反应速率的影响
催化剂
在反应中，数量和组成不变，能改变反应速率的物质，叫催化剂。催化剂改变反应速率的作用，称为催化作用。有催化剂参加的反应，称为催化反应。
分类
正催化剂
不加以说明，催化剂一般均指正催化剂。
加快反应速率
负催化剂（阻化剂）
减慢反应速率
助催化剂
自身无催化作用，可帮助催化剂提高催化性能。
具有选择性
改变反应速率
不改变反应热力学函数
催化反应
均相催化
反应物和催化剂处于同一相中，不存在相界面的催化反应，称为均相催化。
特例
若产物之一对反应本身有催化作用，则称之为自催化反应。
自催化反应一般属于均相催化
非均相催化
反应物和催化剂不处于同一相，存在相界面，反应在相界面上进行的，叫做多相催化反应或叫复相催化反应，非均相催化反应。
十、平衡常数
经验平衡常数
在书写 Kc 或 Kp 表达式时，只写浓度或分压可变的溶液相和气相，纯固态和纯液态物质不写。
方程式的计量数扩大 n 倍，平衡常数 K 乘 n 次方。互逆反应，其平衡常数互为倒数。反应方程式相加（减），平衡常数相乘（除）。
在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度的幂的连乘积与反应物浓度的幂的连乘积之比，是一个常数。
分压平衡常数
浓度平衡常数
对于气相反应，既有 Kc ， 也有Kp ，表达的是同一平衡态，但数值可以不同。
用浓度表示的经验平衡常数，则称为浓度平衡常数，写成 Kc。
标准平衡常数
将浓度或分压分别除以各自的标准态，即得相对浓度或相对分压。
K ⊖ 称为标准平衡常数（也称之为热力学平衡常数）。
对于不含气相物质的反应，K ⊖ 和经验平衡常数 K 在数值上相等，因为标准态的值为 1。有气相物质参加的反应，标准平衡常数 K ⊖ 和 经验平衡常数 K 的数值经常不相等，标准态 p ⊖ ≠ 1。
平衡转化率
反应达到平衡状态，表示反应进行到最大程度。在其余条件相同的前提下， K 值越大，转化率越高，反应进行程度越高。
考虑此类问题的一般思路是
（1） 书写反应式；（2） 将起始浓度表示清楚；（3） 将平衡浓度表示清楚；（关键步骤）（4） 将平衡浓度代到平衡常数表达式中；（5） 解方程。
判断反应进行的方向
反应商
、
对于非基元反应，虽然质量作用定律不能严格成立，但反应物浓度越大，反应速率越快这一基本趋势仍是正确的。因此，对于非基元反应同样有上述结论。
化学反应等温式
平衡时
两公式联立
Q < K ⊖ 时，反应正向进行，由公式得 ，∆rGm < 0
Q > K ⊖ 时，反应逆向进行，由公式得，∆rGm > 0
Q = K ⊖ 时，反应达到平衡，由公式得，∆rGm = 0
十一、化学平衡的移动
体积变化的影响可以归结为浓度或压力变化的影响。
化学平衡是有条件的。在一定条件下建立的平衡，当条件发生变化时将被破坏，从平衡态变为不平衡态。之后，在新的条件下，反应再度平衡。
温度对化学平衡的影响
温度变化，将引起 K 变化，使 K ≠ Q ，平衡将移动。
浓度对化学平衡的影响
改变浓度将使平衡移动，增加一种反应物的浓度，可使另一种反应物的转化率提高。
压力对化学平衡的影响
增大压力平衡向气体分子数少的方向移动相一致。
平衡移动遵循勒 • 夏特里原理
如果对平衡施加一种作用，则平衡向着使这种作用减小的方向移动。
