反应机理简介 — AP 化学
AP 化学 · 第5单元 动力学 · 14 min read
1. 反应机理核心基础 ★☆☆☆☆ ⏱ 3 min
反应机理描述了在分子层面上，将起始反应物转化为最终产物的断键和成键事件的逐步顺序。总反应仅显示起始和最终物种，而反应机理会揭示反应过程中生成并消耗的中间物种。
2. 基元反应与分子数 ★★☆☆☆ ⏱ 4 min
分子数是指参与基元步骤的反应物粒子数目，常见分类有三种：
- 单分子反应：1个反应物粒子参与反应，速率 = $k[A]$，总反应级数为一级
- 双分子反应：2个反应物粒子碰撞反应，速率 = $k[A][B]$（对于$2A$为$k[A]^2$），总反应级数为二级
- 三分子反应：3个反应物粒子同时碰撞（非常罕见），速率 = $k[A][B][C]$，总反应级数为三级
3. 反应中间体与催化剂 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
有两类物种不会出现在最终总反应中：反应中间体和催化剂。你必须能够在AP考试题目中区分这两种物种。
要区分两者，跟踪出现顺序即可：中间体先生成产物后作为反应物；催化剂先作为反应物后生成产物。
4. 决速步与速率定律推导 ★★★★☆ ⏱ 6 min
反应机理的总速率由机理中最慢的步骤限制，该步骤称为**决速步（RDS）**。总速率定律完全等于决速步的速率定律。
如果决速步是第一步且不含中间体，你可以直接从决速步的化学计量比写出速率定律。如果决速步在一个或多个快速可逆步骤之后，决速步中会包含快步骤生成的中间体。你必须使用**预平衡近似**替换中间体浓度：快步骤快速达到平衡，因此正反应速率等于逆反应速率。
k_{forward}[reactants] = k_{reverse}[intermediate] \implies [intermediate] = \frac{k_{forward}}{k_{reverse}}[reactants]
Common Pitfalls
Why: 学生混淆了基元反应和总反应的规则，且偶尔速率定律会巧合匹配，导致错误假设
Why: 学生只记得两者都会从总反应中消去，因此混淆了分类
Why: 学生忘记中间体不是起始反应物，其浓度取决于起始反应物的浓度
Why: 大多数入门例子的决速步都是第一步，因此学生假设这个规律总是成立
Why: 学生假设所有步骤对总反应速率的贡献相等
Quick Reference Cheatsheet