3.3 温度对反应速率的影响-Arrhenius方程式
温度是影响化学反应速率的另一重要因素。对大多数化学反应(无论对于吸热反应还是放热反应)来说,温度升高,反应速率增大。只有极少数反应是例外的。温度对反应速率的影响主要体现在温度对反应速率系数的影响上,通常温度升高,k值增大,反应速率加快。
3.3、1、Arrhenius 公式
1889年Arrhenius总结了大量的实验事实,指出反应速率常数和温度间的定量关系
k = k0 exp (-Ea / RT)
或
式中A — 指前参量,又称其为频率因子,Ea — 实验活化能 单位: 。k0和k有相同的量纲。当Ea=0,K0=K;K0 、Ea是两个经验参量,当温度变化范围不大时,基本保持不变。
Arrhenius方程的对数形式为
或
对 k 与1/T 作图得直线,由斜率可求出Ea:
斜率=
不同温度下T1、T2的反应速度系数 以及实验活化能之间的关系为
T1时:
T2时:
在T1 ~T2区间, 、Ea被看作常量;上式相减,得
或
3.3、2、Arrhenius 方程的应用:
(1)、计算反应的活化能
①对 k 与1/T 作图得直线,由斜率可求出Ea:
斜率=
②由两个不同温度下的k值求得Ea:
例题:
(2)、由Ea计算反应速率系数
当已知某温度下反应的速率系数 和反应活化能Ea,根据上式可计算另一温度下的反应速率系数 ,或者与另一 相对应的温度T。
例题:3-5
3、对Arrhenius 方程的进一步分析:
Arrhenius 方程是描述温度与反应速率系数之间定量关系的数学式。进一步剖析可看出Ea和T对 的影响,从而得出有些规律性的结论:
(1.)在k=Aexp(-Ea/RT),Ea处于方程的指数项中,对k有显著影响,如在室温下,Ea每增加4kJ×mol-1,k值降低约80%.在温度相同或近似的情况下,Ea大的反应,其速率常数k则小,这将导致反应速率较小;反之,Ea小的反应,其速率常数k则较大,反应速率较大。
2.对同一反应,温度升高,反应速率系数k 增大,一般反应温度每升高10℃,k 将增大2~10 倍.
3、根据
对同一反应,升高一定温度时, 值在高温区值增加较少,因此对于原本反应温度不高的反应,可采用升温的方法提高反应速率。
4.对不同反应,升高相同温度,Ea大的反应k增大的倍数多,因此升高温度对反应慢的反应有明显的加速作用。另外;对Ea的反应采用催化剂更有实际意义。
总之,从反应速率方程式和Arrhenius 方程式可以看出,在多数情况下,温度对反应速率的影响比浓度更显著些。因此,改变温度常数是控制反应速率的重要措施之一。