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1. 三段式法

化学平衡及其移动 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 将复杂反应机理拆解为“慢反应定速率、快反应定平衡、总反应定计量”的逻辑分析框架。

从哪来 建立在化学反应速率知识之上,特别是关于“决速步”(Rate-Determining Step)对整体反应速率起决定性作用的理解。

为什么 复杂反应往往由多个基元反应组成,各步速率不同。根据木桶效应,整体反应速率由最慢的一步(慢反应)决定,而快反应通常迅速达到平衡或完成转化。因此,分析时必须先识别慢步骤以解释速率规律,再结合快步骤理解中间体的转化及最终产物分布,最后通过加和验证总反应方程式,从而将微观机理与宏观现象统一。

讲法
适合逻辑严密、擅长代数推导的学生 采用“代数消元法”教学。 1. 列出所有基元反应方程。 2. 标记哪一步是慢反应(通常题目会给出或暗示)。 3. 强调速率方程只包含慢反应的反应物浓度(若慢反应在前)或涉及中间体的速率方程需代入快平衡表达式。 4. 通过数学加和消除中间体,得到总反应。 *核心话术*:“慢反应是瓶颈,快反应是通道。我们要找的是那个‘堵车’的地方。”
讲法
适合形象思维强、喜欢类比的学生 采用“工厂流水线”类比。 1. 将反应物比作原材料,产物比作成品,中间体比作半成品。 2. 慢反应是“慢工序”(如手工雕刻),快反应是“快工序”(如机器包装)。 3. 整个工厂的产出速度取决于最慢的那道工序。 4. 快工序虽然快,但必须等待慢工序提供半成品,且快工序往往处于动态平衡中,随时准备接收慢工序的产物。 *核心话术*:“不管后面包装多快,前面雕刻慢,整体出货就慢。我们要分析的是雕刻环节受什么影响。”
适合基础薄弱、需要步骤指引的学生** 采用“三步检查清单法”。 1. **找慢步
在题目中圈出标有“slow”或速率常数最小的步骤。 2. 写速率:直接写出慢反应的速率表达式(注意:若慢反应涉及中间体,需结合快平衡替换)。 3. 加总式:将所有步骤相加,消去两边出现的物质,确认总反应式。 *核心话术*:“不要想太复杂,就按这三步走,先找慢的,再写速率,最后加一加。”
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练一道
基础题
已知反应 $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$ 的机理如下: (1) $2NO \rightleftharpoons N_2O_2$ (快,平衡) (2) $N_2O_2 + O_2 \rightarrow 2NO_2$ (慢) 请推导该反应的速率方程,并说明总反应。
变式
某反应 $A + B \rightarrow C$ 机理如下: (1) $A + B \rightleftharpoons D$ (快) (2) $D + B \rightarrow C + B$ (慢) 注意:步骤(2)中B既是反应物又是生成物(催化剂角色)。请写出速率方程。
试试手自己判
检测题
反应 $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$ 的机理如下: (1) $NO + O_2 \rightleftharpoons NO_3$ (快,平衡) (2) $NO_3 + NO \rightarrow 2NO_2$ (慢) 请写出该反应的速率方程 $v = k [NO]^m [O_2]^n$,并确定 $m$ 和 $n$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$v = k [NO]^2 [O_2]$,即 $m=2, n=1$。
判对标准:
1. 正确识别慢反应为步骤(2),得出 $v \propto [NO_3][NO]$。(2分)
2. 正确利用步骤(1)的平衡常数表达式 $K = \frac{[NO_3]}{[NO][O_2]}$ 进行替换。(2分)
3. 正确代入得到 $v \propto [NO]^2 [O_2]$。(2分)
4. 最终结论 $m=2, n=1$ 正确。(2分)
*若学生写出 $v = k [NO][O_2]$ 或其他错误指数,判错。
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