化学动力学基础(2)

2019-03-11 10:17

即:

dx?K2(a?x)(b?x) ① dtdx?K2(a?x)2 dt① 若A、B的起始浓度相等 即a=b (与类型Ⅰ相同)

则:

作不定积分:

?xdxd(a?x)?Kdt???K2dt ?222?(a?x)(a?x)1?K2t?B ② B为不定积分常数 a?x ∴

tdx??K2dt [dx??d(a?x)] 作定积分:?a20(a?x)∴

11??K2t a?xa即: K2若令转化率 y?1x?ln ③ ta(a?x)x 即 x?ay 则: a1yK2?ln ④

ta(1?y) 当反应物消耗一半时,即 y? 半衰期 t1?21 则: 21 K2a(2)若a?b则xdx?K2(a?x)(b?x) dttdx?0(a?x)(b?x)??0K2dt

xt111(?)dx??K2dt 即:?00b?aa?xb?xxa(b?x)1?K2dt ⑤

∴ ?0b?ab(a?x)2.二级反应特征

① 由②式知,以② 半衰期t1?21对t作图,得一直线,其斜率为K2为即速率常数。 a?x1与反应物其实浓度成正比 K2a1?n?1[时间】,可见其数值不仅与所用的时间单位

【浓度】③K2的单位:由③知为:

有关,还与所用浓度单位有关。

1xK?ln④ 因2 故只要将[xiti]数据代入一组得一常数,由此可证明该反应

ta(a?x)为二级反应。

⑤ 在二级反应中当初始浓度为a>>b 则??K2a(b?x) a?x?a此时二级反应变成准 一级反应

P168 例1 (略) 例2 (略) 三.三级反应:反应速率与物质的浓度的3次方成正比的反应,称为三级反应,有三种类型。 K3K3K3A?B?C???产物2A?B???产物3A???产物

1. 速率方程

① 当A、B、C初始浓度相得,即a=b=c

d(a?x)?K3(a?x)3dtxtd(a?x)??K3dt则 : ?0 2?0(a?x)11即:??2K3dt22(a?x)a???当x?a时 即半衰期 2t??11????2a2??(a?x)

1?11?K3????2t?(a?x)2a2?12K3 t1?23 22K3a② a=b≠c

③ a≠b≠c 同上讨论 2. 三级反应特征 ① 若a=b=c 时,以

斜率1K?对t作图的直线,其斜率的平方为,即 2K3322(a?x)② 半衰期t1?23 (a=b=c)与其实浓度的平方成正比。 22K3a?2?1【浓度】[时间】 ③ K3的单位:

四级反应 反应速率与物质的浓度无关的反应。

如:

K0A???产物

则: ? ?d(a?x)?K0 t? 0dtt?txt000K0A???产物P a0a?xx?(a?x)??Kdt

a?(a?x)?K0tCA?CA0?K0t

则: x?K0t 或 零级反应的特征:

①CA对t作图的直线 K0??斜率 ② 当x?

aa时,半衰期t1?与初始浓度成正比。

222K0?1【浓度】[时间】 ③K0的单位:

四.准级反应

????kC某反应的速率方程为则该反应的级数为(???),若大大增加B 的ACB,

浓度,以致在反应过程中B的浓度变化很小或基本不变,可视为准常数,则速率方程为

0???k?C?(K?KC则在这种特殊情况下,AB与K的单位不同)H?反应就变为准?级反应。 如:

C12H22O11?H2O???C6H12O6?C6H12O6

??K?C12H22O11??H2O??H??

蔗糖 果糖 葡萄糖

由于H2O是大量的,H作为催化剂,其浓度保持不变。 故??K?C12H22O11 则反应变成准一级反应。 例 P174 (略)

六.反应级数的测定

???????kC 设化学反应的速率公式为ACB……故要确定其动力学方程必须确定

级数??….的数值,以及速率常数K,通常有以下方法。

1.积分法

①尝试法:将一组[Citi]分别代入零、一、二、三级反应动力学方程中,求速率常数K,看是否相等为一常数,从而进行判断确定。

②作图法:按各级反应的特征: 一 lnC?t 1?t 作图,看是否为 C1 三 2?t 一条直线进行判断。

C 零 C?t

2.微分法:

若一简单反应 A?产物 n为级数

在t时A的浓度为C,其速率方程设为

dCdCn????kC即lg??lg()?lgK?nlgCdtdt① 由实验数据作C─T图

② 由图在不同浓度C1C2...各点求曲线切线的斜率即得对应时刻的速率?1A 作图法:

再以lg?i对lgCi作图,得一直线,则该直线的斜率即为反应级数n. B 计算法:

?2...

将一系列?i和Ci代入lg??lgK?nlgC联立解方程,求出若干个n,再求出平均值。

C 尝试法:

先假设一个n值,并吧一系列的?i和Ci代入lg??lgK?nlgC中,算出一系列K值,若假设正确,则K值应为一个差异不大的常数。 缺点:该法误差较大。

优点:不仅可以处理级数为整数的反应,也可处理级数为分数的反应。

注:用微分法最好使用开始的反应速率值,即用一系列不同的初始浓度C0,做不同的时间 t对浓度C的曲线,然后求不同初始浓度C0处相应的斜率?dC,再按前述方法处理,这样dt可避免反应产物的干扰。

3.半衰期法:有简单级数反应的讨论可知,不同级数的反应,其半衰期与起始浓度的关系不同,可归纳出: A:计算法

t1?A21an?1

① 若以两个不同起始浓度a和a?进行实验,并测出相应半衰期t1和t?1 则

22a?n?1?() t?1a22t1lg 取对数得: n?1?t1t?122a?lga

B:作图法

也可将t12?A1an?1取对数,得lgt1?lgA?(1?n)lga若采用不同起始浓度a,

2测出对应的t1的值,并以lgt1对lga得一直线,由其斜率可求出反应级数n

22利用半衰期法求反应级数比用积分法和微分法可靠,也可用t13t23t1t1等来代替

48t1来求。

24.改变物质数量比例的方法:(又称过量浓度法或孤立法)

若有两种或两种以上的物质参加反应,而各物质的起始浓度又不同,设速率方程为:

????kC?CABCC……

处理方法:在一组实验中保持除A以外的B、C…等物质大大过量。或在各次实验中用

相通的B、C…等物质的起始浓度,即在反应过程中只改变A的浓度,则速率公式为

??k?C?A然后再用前述方法中任一方法先求出?,再同理求出??

比如反应级数 n?????? P178 例1 例2 (略)

【作业】1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13

§11.5几种典型的复杂反应

复杂反应:由两个以上的基元反应以各种方式相互联系起来的化学反应,称为复杂反应,典型的复杂反应就是一些基元反应的简单组合。

一. 对峙反应:正负两个方向能同时进行的反应,也称可逆反应,其类型有三种,现已最简 单的对峙反应即1─1级来讨论其特点和处理方法。

t?0t?taa?x0 x


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