2024年11月19日
其他课程基础 / 普通化学
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一、反应速率

把反应速率定义为单位时间内体积中反应组分,反应物和生成物)物质的量改变值,即:

若用反应物的物质的量表示反应速率,则定义中“”号座取””号;

若用生成物的物质的量表示反应速率,则定义中””号应取””号;

若反应是恒容的,即不改变,则:

式中为反应组分的浓度。若反应各组分的计量系数不相同,如对于反应:

为避免矛盾,使用任何反应组分表示的速率都是一致的,采用以下定义:

有时也表示为

反应速率与反应物浓度存在函数关系,化学动力学方程可以表示为:

进行变量分离:

两边进行不定积分:

上式为反应动力学方程的积分形式,反应的关系对于含有多种反应物的反应,如

反应速率与各种反应物的浓度都有关。在比较简单的情况下,反应动力学方程可表示为:

上式中的指数之和为反应级数,可以是整数,也可以不是,为反应速率常数。

二、简单的化学反应速率计算

1、一级反应的动力学方程

一般地,如果反应是一级反应,则:

分离度量后作不定积分:

将上式同时以为底数取指数,得:

得:

如果反应起始的浓度,代入上式得,则:

浓度减少到其初始浓度一半所需要的时间称为的半衰期,用表示,有:

所以:

故可知一级反应的半衰期与反应物起始浓度无关。根据量纲知的单位为由此,若反应的龙单位为可推知该反应为一级反应。

2、二级反应的动力学方程

(1)对于只有一种反应物的二级反应

其反应速率方程为:

分离变量后作不定积分:

得:

若反应起始时反应物 A 的浓度为,即时,代入上式得:

所以:

二级反应速率常数的量纲为(浓度时间

(2)对于有两种反应物的二级反应

对于有两种物质参与的二级反应,如:

这一类二级反应的速率方程为:

写出化学方程式:

反应速率方程可表示为:

分离变量得:

两端作不定积分:

所以:

根据时的条件代入上式,得:

起始浓度相同,即,则:

积分结果为:

根据时的条件代入上式,得:

故:

得到其半衰期(浓度均减半)的时间为:

3、零级反应的动力学方程

如果反应速率与反应物浓度无关,例如气体反应以固态物质为催化剂,对于零级反应,反应速率方程为:

分离变量并积分:

的初始浓度为,则所以:

零级反应的半衰期为:

三、复杂的化学反应速率计算

1、平行反应的动力学

平行反应中,反应物同时进行进行几个相互独立的反应,只不过生成物的量不同,分为主副反应:

如果这两个反应对于各为一级,对于也各为一级,设起始时的浓度分别为,经过时间 后,的浓度分别为,则:

两个反应的速率分别为:

作者信息:老官童鞋gogoho
发表于:2024年11月19日
本文标题: 化学动力学基础