一級反應

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化學中,一級反應(first-order reaction),亦稱為一次反應,是指反應級數1化學反應放射性元素衰變就是一級反應的一個例子。

例子[编辑]

  • 五氧化二氮在惰性溶剂四氯化碳中分解为二氧化氮和氧气的反应:
  • 过氧化氢分解为水和氧气的反应:
  • 硫酰氯分解为二氧化硫氯气的反应:
  • 偶氮甲烷的分解反应(产物乙烷氮气)。

性質[编辑]

对于反应 产物,一级反应是反应速率与反应物 的浓度的一次方成正比的基元反应。一级反应包括单分子基元反应。一级反应的速率方程可以写作:

是反应的速率常数,其物理意义是单位时间内反应物 反应掉的分数,单位为

将上式积分,可得一级反应的积分速率方程:

可见一级反应中 呈直线关系。作 图时,斜率为 -截距为

一级反应的半衰期为:

可见一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关。

運算[编辑]

一級反應(first-order reaction),(亦稱為一次反應),假設反應速率(rate)為R,反應物A的濃度為[A],速率常數為k,其速率方程如下:

由上式可知,一級反應的反應速率與反應物濃度成正比,即:

現將(3)式移項,整理如下:

兩邊同時積分,由0積至t,時間為0的時候,A的濃度寫成[A]0,得:

將自然對數(ln)改成常用對數,所以此式亦可表示為:

移項後得:

得到的式子(4)就是濃度時間的關係。 由所得(4)式又可推導半生期(半衰期):

可得半生期:

所以一次反應的半生期為一常數。

准一级反应[编辑]

如果反应中某反应物的浓度特别大时,或者在反应过程中几乎不发生变化时(如催化剂),该反应物的浓度就可以作为常数处理,该反应物浓度与原速率常数混合为一个新的准速率常数,反应的总级数就会降级,这种情形称为准级数反应(又称假级数反应、拟级数反应)。比如对于速率方程 ,当反应物 的浓度 几乎不变时,就可以写成 ,其中 ,整个反应变为准一级反应。

在测量第二种二级反应的反应速率时,由于很难同时测定两种反应物在某一时刻的浓度,因此常采用将二级反应降级为准一级反应的方法来简化实验操作。在实验时只需监测一个反应物的浓度,令其他反应物的浓度保持在充分过量的情况,使其他反应物在整个反应过程中的浓度几乎不变,然后对监测的反应物浓度进行分析,便可得知反应对于该反应物的级数和其他信息。

准一级反应的例子有:

  • 蔗糖在大量水中水解为葡萄糖果糖的反应(酸催化):
  • 羰基硫水解为二氧化碳硫化氢的反应:
  • DABCO溴化苄在充分过量的DABCO存在下发生的亲核取代反应。可以通过测定用不同浓度DABCO作起始原料时反应液的电导率变化情况,并用Guggenheim分析[1],得知反应对DABCO的级数。(第41届IChO预备实验试题最后一题)

参考资料[编辑]

  1. ^ Guggenheim icho2009.co.uk [2013-4-13]