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反应级数之测定

2020-06-22



化学反应的快慢是以单位时间内反应物减少的量或产物增加的量作为判断的依据。

简单的反应A + B → C为例,
反应速率r = -d[A]/dt;

速率定律式(Rate law)为r = k[A]m[B]n

[A]与[B]分别表示反应物A与反应物B的浓度,m与n各为A与B的反应级数(rate order),不过不一定等于平衡方程式中化学计量的係数,需由实验结果决定。反应级数的测定主要有以下两种方式:

1. 初期反应速率法(Initial rate method)

反应初速率指反应物刚混合进行反应的极短时间,某反应物或产物单位时间内的浓度变化近似于反应速率。

反应级数之测定

初期反应速率法是只改变反应中单一种反应物的起始浓度,保持其他反应物的浓度不变,在相同反应条件下进行一系列的实验,探讨此反应物之浓度对反应速率的影响。

2. 积分作图法(Graphical method)

以单反应物之化学反应为例:A → C

2-1零级反应的反应速率为

反应级数之测定

将此将式一对时间积分,得到零级反应的积分速率式:

[A]t = -kt + [A]0        (式二)

[A]t代表此反应物在某一时间点的浓度,[A]0代表此反应物的起始浓度。如果以反应物浓度[A]t对反应时间t作图的话,零级反应的图形将是一条直线,此条直线的斜率就是反应速率常数k的负值。

2-2一级反应的反应速率为

反应级数之测定

将此将式三对时间积分,得到一级反应的积分速率式:

ln[A]t = -kt + ln[A]0    (式四)

如果以反应物浓度ln[A]t对反应时间t作图的话,一级反应的图形将是一条直线,此条直线的斜率就是–k,Y轴截距为ln[A]0。

2-3二级反应的反应速率为

反应级数之测定

将此将式三对时间积分,得到二级反应的积分速率式:反应级数之测定
如果以反应物浓度  反应级数之测定对反应时间t作图的话,二级反应的图形将是一条直线,此条直线的斜率就是 k,Y轴截距为  反应级数之测定

参考资料
1. WIKIPEDIA网站–Order of Reaction   http://en.wikipedia.org/wiki/Order_of_Reaction
2. 国立台湾大学化学系编着,大学普通化学实验,第11版,国立台湾大学出版中心,民国94年。


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