# 反应性2：能量学与动力学

> IB 化学 SL · IB SL 化学
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u5-overview/
> 占比: 占IB化学SL考试总分的15-20%

本单元探究化学反应性的两大核心支柱：反应过程中的能量转移和反应速率。你将学习预测反应的自发性和速率，这些概念在工业化学、环境化学和生物化学中都至关重要。

**先修:** 基础化学计量计算; 化学键与反应类型的基础理论

## 学习目标

- 根据实验数据和赫斯定律计算化学反应的能量变化
- 利用焓、熵和吉布斯自由能预测反应自发性
- 用碰撞理论解释影响反应速率的因素
- 根据实验数据和反应机理推导并运用速率表达式
- 根据速率常数数据计算活化能

## 单元概览

本单元分为两个相互关联的主题板块：能量学（前四个子主题）和动力学（后三个子主题）。我们从热转移的实验测量开始，逐步学习焓的计算，再将焓和熵结合起来预测反应能否自发进行。

掌握能量学内容后，我们转而学习反应进行的速率。我们从基础的碰撞理论开始，再到定量速率表达式，将速率定律与反应机理联系起来，最后学习根据实验数据计算活化能。本单元知识点逐步递进，因此我们建议按照下列顺序学习各个子主题。

本单元核心子主题：
- [温度变化与热容](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-temperature-change-and-heat-capacity/) — 学习使用简单量热法测量反应中的热转移。
- [反应焓](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-enthalpy-of-reaction/) — 理解不同反应类型的焓变，并能通过键能计算焓变。
- [赫斯定律](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-hess-s-law/) — 应用赫斯定律计算无法直接测量的焓变。
- [熵与自发性](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-entropy-and-spontaneity/) — 将熵和吉布斯自由能与反应的自发性联系起来。
- [碰撞理论与反应速率](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-collision-theory-and-reaction-rates/) — 解释浓度、温度和催化剂如何影响反应速率。
- [速率表达式与反应机理](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-rate-expression-and-reaction-mechanism/) — 确定反应级数和速率定律，并将其与反应机理联系起来。
- [活化能](https://www.owlsprep.com/study/ib-chemistry-sl-u5-activation-energy/) — 利用阿伦尼乌斯方程和实验速率数据计算活化能。

## 常见错误

- **错误做法:** 混淆放热反应和吸热反应的$ΔH$符号
  - 原因: 学生常混淆体系与环境的视角
  - 正确做法: 放热反应（体系放热）的$ΔH$为负，吸热反应（体系吸热）的$ΔH$为正
- **错误做法:** 计算摩尔焓变时忽略化学计量关系
  - 原因: 焓是广度性质，其大小随反应物的量变化
  - 正确做法: 始终要将计算得到的$ΔH$按比例换算，匹配配平反应方程式中的摩尔量
- **错误做法:** 认为自发反应一定是快速反应
  - 原因: 自发性是热力学性质，而非动力学性质
  - 正确做法: 如果自发反应的活化能很高，其反应速率也可以极慢

## 速查表

| 概念/公式 | 关键说明 |
| --- | --- |
| $q = mc\Delta T$ | 量热法的热量变化计算 |
| $ΔH = H_{products} - H_{reactants}$ | 反应的焓变 |
| 赫斯定律 | 总焓变 = 所有步骤焓变之和 |
| $ΔG = ΔH - TΔS$ | 吉布斯自由能：$ΔG < 0$ 即为自发反应 |
| $ΔS_{universe} > 0$ for spontaneous change | 热力学第二定律 |
| Rate = $k[A]^m[B]^n$ | 通用速率表达式，$m,n$ 为反应级数 |
| $k = A e^{-E_a/RT}$ | 关联速率常数$k$与活化能的阿伦尼乌斯方程 |

## 下一步

从本单元的第一个子主题开始学习量热法和热转移，这是后续所有能量学计算的实验基础。知识点逐步递进，请按顺序学习每个子主题。完成本单元所有子主题后，你就可以进入下一个单元，学习有机化学反应性了。

- [第一个子主题：温度变化与热容](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u5-temperature-change-and-heat-capacity/)
- [下一个单元：反应性3：有机化学](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u6-overview/)
- [反应焓](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u5-enthalpy-of-reaction/)

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