第7章 化学动力学与化学平衡¶

本章中心问题¶

一个反应热力学有利，为什么可能多年几乎不发生？浓度怎样随时间改变，温度和催化剂 怎样改变速率？可逆反应为什么会达到动态平衡？在任意初始组成下，体系走向哪一侧， 最终又会保留多少反应物和产物？

本章把三个不能混为一谈的问题分开：

多快？
→ 速率、速率方程、积分式、Arrhenius方程和机理

走向哪里？
→ 反应商Q与实际ΔG

最终多少？
→ 平衡常数K、守恒关系和组成求解

学习本章之前¶

必须掌握¶

• 第1章的物质的量浓度、化学计量和配平方程式；
• 第6章的Gibbs自由能、标准态和 热力学方向；
• 指数、自然对数、函数斜率和简单直线拟合；
• 单位分析和有效数字。

建议回看¶

• 1.6中的浓度；
• 6.5中的 “自发不等于快速或完全”；
• 6.6 中的亚稳态与热力学边界。

3分钟诊断¶

1. 某反应\(\Delta G<0\)，能否据此求出它每秒消耗多少反应物？
2. 配平方程式中A的系数为2，是否足以证明速率方程中\([\ce A]\)的指数为2？
3. 平衡时正、逆反应是否都停止？
4. 催化剂能否改变相同温压和总组成下的平衡组成？

本章学习成果¶

完成本章后，你应该能够：

1. 用化学计量归一化定义反应速率；
2. 区分平均速率、瞬时速率和初始速率；
3. 由初速数据确定简单经验速率方程；
4. 区分反应级数、化学计量系数和基元步骤分子数；
5. 使用零级、一级和二级积分速率方程；
6. 由浓度—时间图或半衰期识别简单级数；
7. 使用Arrhenius方程估算活化能；
8. 判断简单机理与实验速率式是否相容；
9. 解释催化剂怎样改变路径而不改变平衡；
10. 用活度写出标准平衡常数；
11. 正确处理纯固体、纯液体和气体的平衡常数表达式；
12. 用\(Q\)、\(K\)和\(\Delta G\)判断变化方向；
13. 由\(\Delta G^\circ=-RT\ln K\)联系热力学与平衡；
14. 用ICE表、物料守恒和合理近似求基础平衡组成；
15. 组合多步反应的平衡常数并检查反应方向与计量；
16. 清楚区分速率、方向和平衡位置。

核心单元¶

本章不负责¶

• 复杂速率方程的完整机理推导；
• 稳态近似和快速平衡近似的系统证明；
• 非等温、流动反应器和传质控制模型；
• 严格非理想混合物的活度系数模型；
• 酸碱、沉淀、氧化还原和配位平衡的专门计算（第8至11章）；
• 电极反应动力学与过电势；
• 随机反应网络和数值动力学。

7.1至7.6核心单元与章末复习已完成；第8章完成后又回看了活度、守恒、多重平衡和 “先计量、后平衡”接口。酸碱实例确认通用框架能够连续落地。