综上所述.二级反应的主要特点有:
(1)速率系数A的量纲为[浓度]-1.[时间]-1 。
(2)当a=b时。半衰期与起始物浓度成反比,
(3)当a=b时,与t成线性关系。
d—J
例4 用辅酶A(CoASH)和氯化乙酰反应,可制得重要的生化中间物乙酰陌A,已知该反应为二级反应,当反应物的起始浓度皆为0. 010 0 mol/dm时反应5min后,辅酶A的浓度降低为0.0030mol/dm3,请计算: (1)该反应的速率系数; (2)该反应的半衰期
3
例5 甲酸甲酪在30301K时的85%碱性水溶液中水解,其二级反应速率系数为4.53dm3·mol-1·s-1。
(1)若酪和碱的初始浓度均为1.00 x10-3mo1·dm-3,试求t1/2;
(2)若两种浓度,一种减半,另一种加倍,试求量少者消耗一半所需的时间 为多少?
解:
5.2.3 三级反应
反应速率和物质浓度的3次方成正比者称为三级反应(third order reaction)。三级反应较少,目前气相中仅发现5个,且皆与NO有关。三级反应可有下列几种形式:
在第一种情况中,若反应物的起始浓度相同,即a=b=c.则动力学方程可写作
移项作不定积分得
式中C为常数。若作定积分则得
如今y代表原始反应物分解的百分数,即y=x/a,代入式(5.2.22),得
当y=1/2时,其半表期为
5.2.4 零级反应
反应速率与物质浓度无关者称为耍级反应。其动力学方程为
反应总级数为零的反应并不多,已知的零级反应中最多的是表面催化反应。由于反应只在催化剂表面上进行,反应速率只与表面状态有关,若催化剂表面已被反应物所饱和,再增加反应物的浓度对反应速率不再有影响,此时反应呈零级反应。 零级反应的特点为:
(1)速率系数k的单位为[浓度]·[时间]-1。
(2)半衰期与反应物起始浓度成正比:
(3)x与t呈线性关系。
为了便于查阅,将上述几种具有简单级数反应的速率表5.2.1中。人们常用这些特征来判别反应的级数。
5.2.5 反应级数的测定法
反应级数不但能直接告诉我们反应物的浓度如何影响反应的速率,而且能 对反应的机理给予一定的启示。确定级数和反应速率系数的常用方法有: 1.积分法(尝试法)
将实验获得的c—t数据代人表5.2.1中的积分公式,逐个计算速率系数k。若代人某式中,在各浓度下所求的k是一个常数,该公式的级数即为该反应的级数。如果代人表5.2.1中的公式.所算出的k都不是常数,则该反应就不是具有简单整数级数的反应。利用作图法也可以确定反应级数,若某反应中反应物的初始浓度相同或只有一种反应物,则若以
作图,如果得到的是直线,则该反应就是一级反应。若以
作图,若为一直线,则该反应就是二级反应。
这种方法实际是一个尝试的过程(所以也叫尝试法)。其优点是只要一次实验数据即能进
行尝试,但这种方法不够灵敏。而且如果实验的浓度范围不够大,则很难明显区别出究竟是几级。积分法一般对反应级数是简单的整数时.结果较好。当级数是分数时,很难尝试成功,最好用微分法。
例6 三甲基肤与溴化正丙烷溶于溶剂苯中,其起始浓度均为0.100mol/dm3,将反应物
分别放入几个玻璃瓶中,封口后,浸于4126K的恒温槽中,每经历一定时间,取出一瓶快速冷却,使反应“停止”,然后分析其成分,结果如下表中的前三列,
试用积分法判断此反应是二级还是一级反应,并求出其速率系数A值。(假定在实验的范围内反应只向右进行)
已知a=0.100mol/dm3,在不同时间t时的x值列于上表第四列,将第一瓶的数据代入k1的计算是中:
同法可求得其他瓶号的kl值,列于上表第五列。显然,kl不为常数,所以该反应不是一级反应。
若设反应为二级反应(a=b),
代人各瓶号的实验数据算得的k2值列于表第六列。可以看出,k2值近似为常数,所以该反应为二级反应,其速率系数
2.微分法
若某反应中反应物的初始浓度相同或只有一种反应物,则其速率方程为
取对数(均已除以量纲,后同)后得
由实验测出t时的反应物浓度c,并用浓度c对时间t作图,然后在不同的浓度c1,c2,?等各点上,求曲线的斜率r1,r2?。再以1gr对1gc作图(如图5.2.2),若所设速率方程是对的,则应得一直线,该直线的斜率n取为反应级数。或者将一系列的rt和ct代入式(5.2.29)。例如c1,c2和r1,r2两组数据,可得
将两式相减得
用上述方法求出若干个n,然后取乎均值。由于在绘图或计算中所用到的数据是r (即