单击此处查看反应动力学第一部分:速率方程背后的真相 II

在测定反应级数和速率常数时,常用的技术之一被称为过量法。考虑一个假设的反应:

2A (aq) + B(aq) → 3C (aq) …………(1)

速率方程可以写为

比率 = k[A] m [B] n

假设随着反应的进行,反应速率最容易通过测量在反应的不同时间形成的 C (g) 的体积来跟踪,并且如果我们仅用一定浓度的 A 和 B 进行 1 次实验,并遵循随着时间的推移,我们得到了一个典型的产物图,其中速率在开始时最高,而当反应结束时速率=0。

只有一张图,我们能找到A和B的阶数吗?

当然不是!

只有一张图,我们只能找到一种反应物的级数。

哪种反应物? A还是B?

这个问题没有简单的答案。除非 A 和 B 的浓度相差至少 20 倍,否则只有一张图,否则无法找到任何一个顺序。

然而,如果一张图表中一种反应物的浓度超过另一种反应物的 20 倍,则可以找到浓度低得多的一种。

此类问题的一个例子是 责任珠宝业委员会 2002 P3

根据以下方程式,两种物质 A 和 B 一起反应生成新化合物 A2B2:

2A(g) + 2B(g) → A2B2 (aq)。

为了确定上述方程的速率定律,进行了两个实验,其中 A (aq) 的初始浓度相同,但 B(aq) 的初始浓度不同。

在这两个实验中,每隔 5 分钟检测一次形成的 A2B2 (aq) 浓度。

两个实验的结果如下所示:

实验一:

0.120摩尔米-3 的 A(aq) 与 1.2 Moldm -3反应 B(aq) 的

时间/分钟 0 5 10 15 20 25
[A2B2(aq)]/moldm -3 0.0000 0.0211 0.0348 0.0436 0.0494 0.0531

 

实验2:

0.120摩尔米-3 的 A(aq) 与 1.8 Moldm -3反应 B(aq) 的

时间/分钟 0 5 10 15 20 25
[A2B2(aq)]/moldm -3 0.0000 0.0374 0.0515 0.0568 0.0588 0.0595
    1. 为什么B大量过量使用?
    2. 使用相同的轴绘制两个实验的 [A2B2(aq)] 与时间的关系图。
    3. 从绘制的图表来看,
      1. 确定 A(aq) 和 B(aq) 的反应级
      2. i 确定速率常数 k,并说明其单位。

    讨论要点:

    1. 注意A和B以1:1的比例反应,即

    2A (aq) + B(aq) → [A2B2(aq)]

    实验1中,A和B的比例为1:10,实验2中,A和B的比例为1:15。

    显然,B 不仅超出了 A,而且超出了 A 的许多倍(大量超出)。

    这样做有目的吗?

    是的,这是一种当有 2 个或更多反应物时查找反应物的顺序的技术。其中之一是限制性的,其余的则是大量过量的。

    当我们这样做时会发生什么?

    请记住,我们进行动力学实验,我们的主要目标是找到

    A。反应顺序

    b.速率常数

    由于速率常数取决于温度,因此我们必须在整个实验期间保持温度恒定。 即如果是吸热的,则将其放入带有外部加热源(如加热线圈)的水浴中。如果是放热的,我们需要在发生反应的容器周围流通冷却液体。

    如果反应温度控制不当并允许波动,速率常数 (k) 的值也会波动,我们最终会找到平均速率常数,而不是速率常数。

    这是 很重要 当我们计划进行动力学实验时!

    由于随着反应的进行(通过维持反应温度),速率常数随时间保持恒定,因此其中一种反应物发生的情况是故意发生的 大量过剩?

    它的浓度几乎随时间保持恒定!

    因此,由于速率常数 k 和大量过量反应物的浓度(即 RJC 问题中的反应物 B)随时间保持恒定,因此它们可以用新常数 k'(称为表观常数)来表示速率常数),其中

    k' = k[B] n

    在上述责任珠宝业委员会问题中。
    因此,A 和 B 之间的反应的原始(或理论速率方程)为

    比率 = k[A] m [B] n ……….(1)

    现在显然已成为

    速率' = k' [A] m ;其中 k'= k[B] n ……….(2)

    方程(2)是 表观速率方程, 也被称为 伪速率方程(因为伪意味着:“看似是,但不是”)

    2. 由于本题进行了 2 个实验,我们将得到 2 个“浓度 vs 时间”图,由此我们可以找到 A 和 B 的阶数。

    由于伪速率方程是以极限反应物(RJC 问题中的 A)为单位的,因此使用实验 1 或 2 求出反应的半衰期,我们就可以找到 A 的阶数。

    我们如何找到产品曲线上的半衰期?如何利用半衰期来预测A的阶数?我们如何找到 B 的阶数?

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