| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.1.A |
|
化学动力学
AP 化学 · 第 5 主题
5.1
反应速率
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
动力学(kinetics)研究反应速率(reaction rate)——反应物变成产物有多快。速率是每单位时间浓度的变化,而它通常随着反应物被用尽而减小。速率随着更高的浓度、更高的温度、更大的表面积和一个催化剂而上升。


Change conditions and watch the rate
Reaction rate rises with temperature, concentration, and a catalyst — each gives more frequent or more successful collisions. Change each and watch the reaction speed up.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Kinetics | 动力学 | dòng lì xué |
| reaction rate | 反应速率 | fǎn yìng sù lǜ |
5.2
速率定律导论
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.2.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
速率方程(rate law)把速率与反应物浓度关联:

Worked example. 在实验里,把 $[\text{A}]$ 加倍使速率大四倍,而把 $[\text{B}]$ 加倍使速率不变。所以反应对 A 是二级($2^2=4$)而对 B 是零级,给出 $\text{rate}=k[\text{A}]^2$。总级数是 $2+0=2$。绝不从配平的系数读级数——只有实验给出它们。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| rate law | 速率方程 | sù lǜ fāng chéng |
| rate constant | 速率常数 | sù lǜ cháng shù |
| orders | 级数 | jí shù |
5.3
浓度随时间的变化
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.3.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
积分速率方程(integrated rate laws)描述浓度如何随时间下降并给出直线测试:

- 零级: $[\text{A}]$ 对 $t$ 是线性的。
- 一级: $\ln[\text{A}]$ 对 $t$ 是线性的;恒定的半衰期(half-life)。
- 二级: $\dfrac{1}{[\text{A}]}$ 对 $t$ 是线性的。
哪个图是直的告诉你级数并从它的斜率给出 $k$。
Worked example. 一个一级反应有速率常数 $k=0.030\ \text{s}^{-1}$。它的半衰期是
Track concentration as a reaction runs
As reactants are used up the rate slows, so a concentration-time curve is steep at first and flattens out. Raising temperature or adding a catalyst steepens it.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| half-life | 半衰期 | bàn shuāi qī |
5.4
基元反应
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个反应机理(reaction mechanism)是实际发生的基元反应(elementary steps)的序列。它们的分子数(molecularity)(一步中多少粒子碰撞)直接设定那一步的速率方程。在一步中制造而在较后一步中用尽的物种是中间体(intermediates)。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| reaction mechanism | 反应机理 | fǎn yìng jī lǐ |
| elementary steps | 基元反应 | jī yuán fǎn yìng |
| intermediates | 中间体 | zhōng jiān tǐ |
5.5
碰撞模型
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.5.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
碰撞理论(collision theory):分子必须以足够的能量(活化能(activation energy),$E_a$)和正确的取向(orientation)碰撞才能反应。更高的温度意味着更多分子超过 $E_a$,所以反应急剧加速。

Which molecules clear the activation energy
Only collisions with energy above the activation energy react. Heating shifts the speed distribution right, so a much larger fraction of molecules can react.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Collision theory | 碰撞理论 | pèng zhuàng lǐ lùn |
| activation energy | 活化能 | huó huà néng |
5.6
反应能量图
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.6.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个能量图(energy profile)沿反应路径画出能量。峰是过渡态(transition state);从反应物到峰的攀升是 $E_a$;反应物和产物能量之间的差是焓变 $\Delta H$(放热时向下)。

Read activation energy off the profile
An energy profile plots energy along the reaction. The hump is the activation energy; the drop from reactants to products is $\Delta H$. A catalyst lowers the hump.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| energy profile | 能量图 | néng liàng tú |
| transition state | 过渡态 | guò dù tài |
5.7
反应机理导论
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.7.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
在一个多步机理里,这些步骤必须加起来等于总的配平方程(中间体抵消)。每一步有它自己的能量山;最高的山是最慢的步骤。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| rate-determining step | 决速步骤 | jué sù bù zhòu |
5.8
反应机理与速率定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.8.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
决速步骤(rate-determining step)是最慢的步骤;它的分子数给出总速率方程。一个有效的机理必须 (1) 加起来等于总反应,并 (2) 预测实验观察到的速率方程。
Worked example. 假设慢(决速)步骤是双分子碰撞 $\text{NO}_2+\text{NO}_2\rightarrow\text{NO}_3+\text{NO}$。它的分子数直接给出速率方程:$\text{rate}=k[\text{NO}_2]^2$。若实验显示恰好这个,提出的机理是一致的;若实验给出 $\text{rate}=k[\text{NO}_2]$,机理会是错的。
5.9
预平衡近似
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.9.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
若一个快步骤在慢步骤之前,一个中间体在慢步骤的速率方程里出现。用快前平衡(fast pre-equilibrium)以反应物重写那个中间体,所以最终的速率方程只包含可测量的物种。
5.10
多步反应能量图
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.10.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个多步反应的能量图显示几个峰(每步一个),它们之间有谷(中间体)。最高的峰是决速的过渡态——它控制总速率。
5.11
催化作用
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
5.11.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个催化剂(catalyst)通过提供一条带更低活化能的新途径来加速一个反应,而不被消耗。它不改变 $\Delta H$ 或平衡位置——只改变平衡被达到的速度。在一个能量图上,一个催化剂降低峰。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| catalyst | 催化剂 | cuī huà jì |
5.11
考试技巧
- 速率随着浓度、温度、表面积和一个催化剂而上升——用碰撞理论解释每一个(更多、或更有能量的、成功的碰撞)。
- 温度主要通过使更多粒子在活化能之上起作用,不只是更多碰撞。
- 反应级数来自实验,不是配平的系数——看每次改变一个浓度时速率如何变化。
- 在一个能量图上山高是活化能而反应物-产物间隙是 $\Delta H$。
- 一个催化剂降低活化能(一条新途径)但使 $\Delta H$ 和平衡位置不变。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。