《化学必修二第二章思维导图》

一、化学反应速率

1. 定义

• 单位时间内反应物浓度减少或生成物浓度增加的量。

2. 表示方法

• v = Δc/Δt
  • v：化学反应速率
  • Δc：浓度变化量（mol/L）
  • Δt：时间变化量（s, min, h等）

3. 注意事项

• 速率的正负：一般用正值表示反应速率，通常取绝对值。
  • 速率的比较：比较时必须转化为针对同一物质的速率。可以用化学计量数进行转化。
  • 影响因素：浓度、温度、压强（对于气态反应）、催化剂等。

4. 影响因素

#### 4.1 内因
    * 反应物的性质 (主要因素)

#### 4.2 外因
    * **浓度**
        * 增大反应物浓度，反应速率增大 (一般规律)
    * **温度**
        * 升高温度，反应速率增大 (一般规律)
    * **压强** (对于气态反应)
        * 增大压强，反应速率增大 (体积减小，浓度增大)
    * **催化剂**
        * 使用正催化剂，反应速率增大；使用负催化剂，反应速率减小。
    * **其他因素**
        * 接触面积：对于固液、液液等非均相反应，增大接触面积反应速率增大。
        * 光照：某些光敏反应，光照可以显著提高反应速率。
        * 电磁波：微波、超声波等可能影响反应速率。

5. 图像表示

• 浓度-时间图像
  • 反应物浓度随时间降低，生成物浓度随时间升高。
  • 曲线的斜率反映反应速率的大小。
    • 速率-时间图像
  • 反应速率随时间的变化趋势。
  • 可用于分析不同时间段反应速率的变化情况。

二、化学平衡

1. 定义

• 一定条件下，可逆反应达到正逆反应速率相等的状态。

2. 特征

• 逆：可逆反应。
  • 等：正逆反应速率相等，但不等于0。
  • 动：动态平衡，反应仍在进行。
  • 定：反应物和生成物的浓度、百分含量等保持不变。
  • 变：条件改变时，平衡会发生移动。

3. 化学平衡常数 K

#### 3.1 定义
    * 一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。

#### 3.2 表达式
    * 对于反应 mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g)
    * K = [C]^p * [D]^q / [A]^m * [B]^n

#### 3.3 意义
    * K值越大，反应进行的程度越大，正反应进行得越完全。
    * K值越小，反应进行的程度越小，正反应进行得越不完全。
    * K值只能说明反应进行的程度，不能说明反应速率的快慢。

#### 3.4 影响因素
    * 温度：温度升高，K值可能增大、减小或不变，取决于反应是吸热还是放热。
    * 浓度、压强：改变浓度或压强，平衡会移动，但不会改变K值（因为K值是平衡状态下的常数）。

4. 化学平衡的移动

#### 4.1 勒夏特列原理
    * 如果改变影响平衡的条件之一（如浓度、压强、温度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。

#### 4.2 影响因素及移动方向
    * **浓度**
        * 增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动。
        * 增加生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。
    * **压强** (对于气态反应，改变压强会改变浓度)
        * 增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动。
        * 减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。
    * **温度**
        * 升高温度，平衡向吸热反应方向移动。
        * 降低温度，平衡向放热反应方向移动。
    * **催化剂**
        * 不改变平衡状态，只改变反应速率。

5. 平衡计算

#### 5.1 三段式法
    * 列出反应的起始量、变化量、平衡量。
    * 根据平衡常数K或转化率等条件求解。

#### 5.2 转化率
    * α = (反应物转化的物质的量 / 反应物起始的物质的量) * 100%

#### 5.3 平衡混合物的组成
    * 根据平衡量计算各物质的百分含量。

三、电化学基础

1. 原电池

#### 1.1 定义
    * 将化学能转化为电能的装置。

#### 1.2 构成条件
    * 两种活泼性不同的金属（或金属与非金属）作电极。
    * 电解质溶液。
    * 形成闭合回路（或接触）。
    * 通常，要有自发进行的氧化还原反应。

#### 1.3 电极反应
    * **负极**：发生氧化反应，失去电子 (例如：Zn - 2e- → Zn2+)
    * **正极**：发生还原反应，得到电子 (例如：2H+ + 2e- → H2 或 Cu2+ + 2e- → Cu)

#### 1.4 电极的判断
    * 根据金属的活泼性：较活泼的金属通常作负极。
    * 根据电子流动的方向：电子从负极流向正极。
    * 根据电极发生的反应：发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极。

#### 1.5 常见的原电池
    * 锌-铜原电池
    * 燃料电池

2. 电解池

#### 2.1 定义
    * 将电能转化为化学能的装置。

#### 2.2 构成
    * 电源。
    * 电解质溶液或熔融电解质。
    * 两个电极（惰性电极或活性电极）。

#### 2.3 电极反应
    * **阳极**：发生氧化反应，失去电子
        * 若为惰性电极，则溶液中的阴离子放电。
        * 若为活性电极，则电极本身放电。
    * **阴极**：发生还原反应，得到电子
        * 溶液中的阳离子放电。

#### 2.4 电解的规律
    * 阳离子放电顺序：金属活动性顺序表的逆序 (K+、Ca2+、Na+…在H+后，H+放电；Cu2+、Ag+在H+前，Cu2+、Ag+先放电)
    * 阴离子放电顺序：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根离子（如SO42-, NO3-等）> F-
    * 如果电解的是熔融盐，例如熔融的NaCl，则Na+在阴极放电，Cl-在阳极放电。

#### 2.5 应用
    * 电解水
    * 电解精炼铜
    * 电镀
    * 氯碱工业

3. 金属的腐蚀与防护

#### 3.1 金属腐蚀的本质
    * 金属失去电子被氧化的过程。

#### 3.2 电化学腐蚀
    * **吸氧腐蚀**：在酸性很弱或中性溶液中，金属表面吸附一层水膜，溶解了氧气而发生的腐蚀。
        * 负极：Fe - 2e- → Fe2+
        * 正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
    * **析氢腐蚀**：在酸性较强的溶液中，金属发生析氢腐蚀。
        * 负极：Fe - 2e- → Fe2+
        * 正极：2H+ + 2e- → H2

#### 3.3 金属的防护
    * **改变金属的内部结构** (例如制造不锈钢)。
    * **覆盖保护层**：涂油漆、电镀、喷镀等。
    * **电化学保护**：
        * 外加电流的阴极保护法
        * 牺牲阳极的阴极保护法

四、有机化合物的获取、分离和提纯 (选修)

1. 有机化合物的获取

#### 1.1 石油、天然气
    * 分馏：利用沸点不同分离石油成分。
    * 裂解：将高分子烃分解为低分子烃。
    * 裂化：深度裂解，提高汽油产量。
    * 催化重整：改变烃的结构，提高汽油辛烷值。

#### 1.2 煤
    * 干馏：煤在隔绝空气条件下加热分解，得到焦炭、煤焦油、煤气等。
    * 气化：煤与水蒸气反应生成水煤气 (CO和H2)。
    * 液化：将煤转化为液态燃料。

#### 1.3 生物资源
    * 发酵：利用微生物将有机物转化为特定产物，如酿酒、制醋。
    * 提取：从植物或动物中提取有效成分，如提取植物油、天然色素。

2. 有机化合物的分离和提纯

#### 2.1 物理方法
    * 溶解：利用溶解度差异分离。
    * 过滤：分离固体和液体。
    * 萃取：利用溶解度差异将一种溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂。
    * 蒸馏：利用沸点差异分离液体混合物。
    * 重结晶：提纯固体物质。

#### 2.2 化学方法
    * 酸碱中和：用于分离酸性或碱性有机物。
    * 化学转化：将杂质转化为易于分离的物质。

#### 2.3 色谱法
    * 利用不同物质在固定相和流动相之间的分配系数不同进行分离。
    * 气相色谱、液相色谱等。

3. 结构简式与分子式确认

#### 3.1 元素分析
    * 测定有机物中各元素的质量分数。

#### 3.2 质谱分析
    * 测定有机物的相对分子质量。

#### 3.3 核磁共振氢谱 (NMR)
    * 测定有机物分子中不同化学环境的氢原子种类及数量。

#### 3.4 红外光谱 (IR)
    * 确定有机物分子中含有的官能团。

通过这些方法，可以确定有机物的分子式和结构简式。

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