反應級數

反應級數

反應級數是由化學反應機制(reaction mechanism)決定,反應機制是由生成物產生以前,反應物需經過的許多非穩定的瞬間反應,這些瞬間反應所產生中間化學生成物的特性,可以控制反應級數。

基本信息

簡介

拼音:fanyingjishu
英文名稱:order of reaction
說明:化學動力學基本參數。
反應級數是由化學反應機制(reaction mechanism)決定,反應機制是由生成物產生以前,反應物需經過的許多非穩定的瞬間反應,這些瞬間反應所產生中間化學生成物的特性,可以控制反應級數。
在水質自然淨化的機制,探討瞬間反應最著名的研究,是以Michaelis-Menten理論來特定微生物分解的污染質的反應,而微生物分解只有酵素參與。
化學反應的速率方程中各物濃度的指數稱為各物的分級數,所有指數的總和稱為反應總級數,用n表示。如HI合成反應速率方程 為r=k[H2][I2](r為速率,k為速率常數,[ ]代表濃度),表明反應對H2和I2的分級數均為1,總級數n=2。反應對級數是由實驗測定的;n可為正、負整數、零或分數。複雜反應,其速率方程不具有簡單的濃度乘積形式者,沒有簡單的級數。在測定反應級數的實驗中,為了排除產物濃度的干擾,通常是測初速度.為了研究某一反應物濃度與反應速度的函式關係,常常將其他反應物的濃度固定後再確定該反應物的反應級數。

定義

反應,實驗測得其速率方程式為;則 m 稱為反應物A的分級數(Partial order of A);n 稱為反應物B的分級數(Partial order of B);(m+n)為反應的級數。
對於基元反應m=a, n=b, m+n=a+b, 且a,b均為簡單整數。反應級數越大,表示濃度對反應速率影響越大。

舉例

例1

基元反應 CO (g) + NO2 (g) = CO2 (g) + NO (g) 有 V = k (CO) (NO2)
故對CO是1級反應;對NO2是1級反應;該反應為2級反應。2級反應k 的量綱:mol-1·dm3·s-1。

例2

H2(g) + Cl2(g) = 2 HCl(g) v = k (H2)(Cl2)1/2 (鏈式反應機理) 對H2 是1級反應,對Cl2 是1/2級反應,反應為3/2級反應。

例3

2 Na(s) + 2 H2O (l) = 2 NaOH (aq) +H2 (g) v = k (Na)0 = k 0級反應——反應速率與反應物濃度無關。
4.4.2 零級反應
反應 A → B 是零級反應有:,得:;
相當於Y = aX + b 型直線方程;作c — t曲線,得一直線,其斜率的負值是速率常數k,單位是(L·mol-1 )-1 ·s-1
4.4.3 一級反應

例4

設某個一級反應為:A → B,有,得即,亦相當於 Y = aX + b 型直線方程; lgcA - t呈線性關係,直線斜率為。k 的單位:s-1。
半衰期:即反應進行一半所需的時間。T = t1/2是反應物消耗了一半的時間,稱為反應的半衰期。
當時,對於 t = t 1/2,,稱為半衰期,t 1/2 可由下式求得:
由得:
即有:
4.4.4 二級反應
A → B為二級反應,有,可得即,亦是 Y = aX + b 型直線方程,作圖,則直線斜率為s=k,截距為,k 的單位:(L·mol-1)1·s-1。
4.4.5 三級反應
A → B為三級反應,有即,得: 積分得:,可見呈線性關係。k 單位是(L·mol-1)2·s-1。
可見分別以作圖,圖形呈直線時,分別表示反應是零、一、二、三級反應。

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