具有简单级数的反应.doc

1、 10.2具有简单级数的反应一、一级反应（first order reaction ）定义：反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。注：常见的一级反应有放射性元素的蜕变、分子重排、五氧化二氮的分解等。例：22688 Ra22286 Ra24 Herk 22688 RaN 2O5N 2O41 O2r kN 2O5 2设有某一级反应：APt0cA,0a0ttcA axx速率方程的微分式为：rdcAdcPk1cAdtdt或rdxk1(a x)dt不定积分式：ln( ax)k1t常数定积分式：lnak1tlnk1t令: yxa或1（）x1 ya半衰期：t1/ 2ln2即：一级反应的半衰

2、期与反应物起始浓度无关，是一个常数。k1注：一级反应的特点1. 速率常数k 的单位为时间的负一次方，时间t 可以是秒 (s)，分 (min) ，小时 (h)，天 (d) 和年(a) 等。2. 半衰期是一个与反应物起始浓度无关的常数。3. ln( a x)与时间t 呈线性关系。见教材 P165例题 1二、二级反应(second order reaction)定义：反应速率方程中，浓度项的指数和等于2 的反应称为二级反应。常见的二级反应有乙烯、丙烯的二聚作用， 乙酸乙酯的皂化， 碘化氢和甲醛的热分解反应等。例如，有基元反应：(1)ABPrk2 AB(2)2APrk2 A 2对于(1)ABk2Pt0

3、ab0tta - xb - xxdxk2 (ax)(bx)dtdx(1) 当 ab 时k2 (ax)2dt1k2t常数ax不定积分式：11yk2 atx或（）定积分式：k2t1 y令:a - xyaa半衰期：t1/21k2a注：二级反应（a=b ）的特点1. 速率常数k 的单位为 浓度 -1 时间 -1 ；2. 半衰期与起始物浓度成反比t1/21；k2 a13. 与 t 成线性关系。a x(2) a b不定积分式：1ln axk2 t常数a - bbx定积分式：1ln b(ax)k2ta - b a(bx)因为 ab没有统一的半衰期表示式。对 (2)2Ak2P其定积分、不定积分式及半衰期公式均

4、与二级反应（a=b ）的相同。见教材 P168 例题 1、 2。三、零级反应和准级反应1.零级反应定义： 反应速率方程中，反应物浓度项不出现，即反应速率与反应物浓度无关，这种反应称为零级反应。常见的零级反应有表面催化反应和酶催化反应，这时反应物总是过量的，反应速率决定于固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。例： 2NH 3(g)W 催化剂N 2 (g) 3H 2 (g)任一反应APt0 a0t=ta - xxdxk0dtxtdxk0dt00xk0 t半衰期：t1/ 2a2k0注：零级反应的特点 .速率常数 k 的单位为 浓度 时间 -1；半衰期与反应物起始浓度成正比：x 与 t 呈线性关系。2

5、.准级反应（ pseudo order reaction）在速率方程中， 若某一物质的浓度远远大于其他反应物的浓度，或是出现在速率方程中的催化剂浓度项， 在反应过程中可以认为没有变化，可并入速率常数项， 这时反应总级数可相应下降，下降后的级数称为准级反应。例如：(1)rkABABrk B( k kA)准一级反应(2)rkHAH为催化剂rk A(k kH) 准一级反应P174 例题四、 n 级反应 ( nth order reaction)对于反应nA P反应速率r = kA nnAPt =0a0t =ta-xx速率的定积分式： (n 1)111kt1 n a n1(ax)n 1半衰期式 ：t

6、12n 11n1 kan 12注： n 级反应的特点1.速率常数k 的单位为 浓度 1- n时间 -1 ；12.xn 1 与 t 呈线性关系；a2n 13.半衰期的表示式为： t 11nn 121 ka五、反应级数确定1、积分法确定反应级数积分法又称尝试法。当实验测得了一系列 cA t 或 x t 的动力学数据后，作以下两种尝试：（ 1）将各组 cA, t 值代入具有简单级数反应的速率定积分式中，计算k 值。若得 k值基本为常数，则反应为所代入方程的级数。若求得k 不为常数，则需再进行假设。（ 2） 分别用下列方式作图：ln cAt11tt(a x)2ax如果所得图为一直线，则反应为相应的级数

7、。注：积分法适用于具有简单级数的反应。2、微分法确定反应级数nAPt =0cA,00t =tcAx以具体作法：rdxk (ax) ndtln rln k n ln c AlndcAln c A作图，从直线斜率求出n 值。dta.根据实验数据，作cA t 的动力学曲线；b.在不同时刻t ， 求 dcA/d t；c.以 ln( dcA/d t) 对 lncA 作图。注：微分法要做三次图，引入的误差较大，但可适用于非整数级数反应。3、半衰期法确定反应级数用半衰期法求除一级反应以外的其他反应的级数。根据 n级反应的半衰期通式：t 12n 11n1 kan 12取两个不同起始浓度a， a作实验t1/2n 1a 或 n 1ln(t1/2 / t 1/2)t 1/2aln( a / a)注：（ 1）从多个实验数据用做图法求出的 n 值，相当于取了多个实验的平均值，结果更加准确。（ 2）半衰期法适用于除一级反应外的整数级数或分数级数反应。4、