化学动力学

这是一篇关于化学动力学的思维导图，包括：化学反应速率及其表示方法、化学反应速率理论简介、浓度对反应速率的影响、温度对化学反应速率的影响、催化剂对化学反应的影响、化学反应的速率。

化学动力学

• 化学反应速率及其表示方法
  • 化学反应速率：是指在一定条件下，反应体系内某一组分浓度在单位时间内的该变量
    • 平均速率v=∆c/∆t，反应物为负值，生成物为正值
    • 瞬时速率即当∆t→0时的平均速率，lim极限的思想
  • 用反应进度表示的反应速率
    • v=dc/ʋdt
• 化学反应速率理论简介
  • 化学反应机理
    • 简单反应（元反应）：反应物一次碰撞就直接转变为生成物的反应
    • 复合反应：经历一系列元反应才能完成的反应
    • 反应机理：化学反应进行的实际步骤，即实现化学反应的各步元反应组成的微观过程
    • 速率控制步骤：限制了整个复合反应速率的慢反应
  • 化学反应速率理论及活化能
    • 碰撞理论
      • 分子的碰撞分类
        • 有效碰撞：发生了化学反应
        • 无效碰撞（弹性碰撞）：即为反之
      • 有效碰撞的条件
        • 反应物分子要以适当的空间取向碰撞
        • 反应物分子必须具有足够大的能量，只有能量足够大的分子才能发生有效碰撞，这样的分子称为活化分子
      • Ea
        • 即为活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量的差值，单位kJ/mol
        • 活化分子分数f满足麦克斯韦-玻尔兹曼规律f=e^-Ea/RT
        • 均为正值，且许多化学反应的活化能的大小与破坏一般化学键所需的能量相近
        • 与反应物浓度无关
        • 活化能越小，反应越快
    • 过渡态理论
      • 活化配合物
        • 原有化学键被削弱但未完全断裂，新的化学键开始形成但尚未完全形成
        • 高能量不稳定反应物原子组合集合体，反应物分子的大部分动能暂时变为活化配合物的势能，整个体系的势能减低
      • 令Ea为正反应的活化能，Ea‘为逆反应的活化能，则正反应的∆rGm=Ea-Ea’
      • 认为反应速率与三个因素有关
        • 活化配合物的浓度，且反应速率与其成正比
        • 活化配合物的分解成生成物的概率
        • 活化配合物分解为产物的速率
      • 微观可逆性原理：如果正反应是经过一步即完成的反应，则其逆反应也可经过一步完成，而且正逆两个反应经过同一个活化配合物
• 浓度对反应速率的影响
  • 质量作用定律
    • 对反应aA+bB→？，v=k[A]^a[B]^b
    • 只适用于元反应，对复合反应不一定，就算满足上式也不能确定其是否为元反应，必须通过实验来验证
    • 反应级数n=a+b
  • 反应速率常数k
    • 量纲与反应级数有关（易得）
    • 若反应物有气体参与，则反应物的浓度以气体的分压来代替；对于纯固体、纯液体或量较大的溶剂，其浓度都用常数代替
  • 反应级数
    • 指元反应发生反应所需要的微粒数目
  • 简单反应级数
    • 一级反应
      • 例：一些物质的分解反应、分子内的重排反应、放射性同位素的衰变等等
      • v=-dc/dt积分得ln（c/c0）=-kt或lg（c/c0）=-kt/2.303
      • k的量纲为[时间]^-1
      • 可得半衰期与浓度无关，t=0.693/k
      • 浓度不大物质的水解反应本来是二级反应，但由于水的浓度可视为常数，故许多水解反应按一级反应来处理，因而称为准一级反应
    • 二级反应
      • 例：有机加成、取代、水解等等
      • v=kc^2积分得1/c=1/c0+kt
      • k的量纲为[浓度]^-1[时间]^-1
    • 零级反应
      • 是指在一定温度下反应速率与反应物浓度无关的反应，这是由于受到反应特殊条件限制的结果
      • v=k积分得c=c0-kt
      • k的量纲为[浓度][时间]^-1
• 温度对化学反应速率的影响
  • 范特霍夫规则
    • 温度每升高10摄氏度，化学反应速率增大到原来的2~4倍
  • 阿伦尼乌斯方程式
    • k=Ae^-Ea/RT或lnk=-Ea/RT+lnA或lgk=-Ea/2.303RT+lgA
    • ln（k2/k1）=Ea/RT（1/T1-1/T2）或lg（k2/k1）=Ea/2.303RT（1/T1-1/T2）
    • 当温度升高时，Ea越大，反应速率增大的倍数越多，即温度的变化对活化能大的反应的反应速率的影响更大
    • 升高相同温度，在较低温度下对反应速率的影响比在较高温度下的影响大得多
• 催化剂对化学反应的影响
  • 催化剂（触媒）
    • 正催化剂or负催化剂（抑制剂），一般而言不做出特别说明，所说的催化剂均为正催化剂
    • 催化剂只能催化热力学认为可能进行的反应
    • 催化作用：因催化剂的存在而增大化学反应速率的现象
    • 自动催化反应：反应的产物可作为反应的催化剂
    • 催化剂不可以改变化学平衡状态
  • 均相催化与多相催化
    • 均相催化反应：催化剂和反应物处于同一相。如酸碱催化反应，酯解反应
    • 多相催化反应：催化剂自成一相。如气-固相催化
  • 酶催化
    • 既可看作反应物与酶形成了中间化合物，也可看作是在酶表面首先吸附了反应物，在进行了反应
    • 被酶催化的物质称为底物
    • E+S⇌ES→E+P
    • 除具有一般催化剂的特性外，还具有
      • 高特异性
      • 高催化活性
      • 酶要在一定的温度范围和pH范围内才能有效地发挥作用
• 化学反应的速率