很像阿伦尼乌斯公式中的r啊,有什么联系么

阿伦尼乌斯
阿伦尼乌斯公式
阿伦尼乌斯公式,是由瑞典的阿伦尼乌斯所创立的,是化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。
速率常数随温度变化关系的经验公式。其不定积分形式为:
k为反应的速率常数;
R为摩尔气体常量;
T为热力学温度,单位开尔文(K);
Ea为反应的活化能,单位为焦(J)或千焦(kJ),在温度变化范围不大时被视为常数;
A称为指前因子/阿伦尼乌斯常数,单位与 相同。
据此式作实验数据的lnk~1/T图为一直线,由斜率可得表观活化能Ea,由截距可得指前因子A。
从阿伦尼乌斯方程可以看出, 随 &的变化率与活化能
&成正比。因此活化能越高,温度升高时反应速率增加得越快,反应速率对温度越敏感。如果同时存在多个活化能值不同的反应,则高温对活化能高的反应有利,低温对活化能低的反应有利。
对于不同温度 &下的速率常数 &值,其
&图应为一直线,直线的斜率和截距分别为 &和
,从此可以分别求得活化能 和指前因子 。故活化能 &也可以这样定义:
arrhenius equation
由瑞典的阿伦尼乌斯所创立。化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k=ae-ea/rt。k为速率常数,r为摩尔气体常量,t为热力学温度,ea为表观活化能,a为指前因子(也称频率因子)。也常用其另外一种形式:lnk=lna—ea/rt。据此式作实验数据的lnk~1/t图为一直线,由斜率可得表观活化能ea,由截距可得指前因子a。
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以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。阿伦尼乌斯公式是k=Ae(-Ea/RT)
其中A为指前因子(也称频率因子)。
k为速率常数,
R为摩尔气体常量,
T为热力学温度,
Ea为表观活化能。
你说的那个“—”是负号而不是减号。你可能还是不理解这个公式。(-Ea/RT)是e的指数。而不是相乘的关系。
其他答案(共1个回答)
反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k=Ae-Ea/RT。k为速率常数,R为摩尔气体常量,T为热力学温度,Ea为表观活化能,A为指前因子(也称频率因子)。也常用其另外一种形式:lnk=lnA—Ea/RT。据此式作实验数据的lnk~1/T图为一直线,由斜率可得表观活化能Ea,由截距可得指前因子A。
  阿伦尼乌斯公式的...
Arrhenius equation 由瑞典的阿伦尼乌斯所创立。相关信息反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k=Ae-Ea/RT。k为速率常数,R为摩尔气体常量,T为热力学温度,Ea为表观活化能,A为指前因子(也称频率因子)。也常用其另外一种形式:lnk=lnA—Ea/RT。据此式作实验数据的lnk~1/T图为一直线,由斜率可得表观活化能Ea,由截距可得指前因子A。
  阿伦尼乌斯公式的推导:
  它是由路易斯的有效碰撞理论作为前提的。
  有效碰撞理论:
  早在1918年,路易斯运用气体运动论的成果,提出了反应速度的碰撞理论。该理论认为,反应物分子间的碰撞是反应进行的先决条件。反应物分子碰撞的频率的越高,反应速率越大。
  下面以碘化氢气体的分解为例,对碰撞理论进行讨论。
  2HI(g)----H2(g)+I2(g)
  通过理论计算,浓度为1×10^-3mol·L^-3的HI气体,在973K时分子碰撞次数约为3.5×10^28L^-3·s^-1。如果每次碰撞都发生反应,反应速率应约为5.8×10^4mol·L^-3·s^-1.但实验测得,在这种条件下实际反应速率约为1.2×10^-8mol·L^-3·s^-1.这个数据告诉我们,在为数众多的碰撞中,大多数的碰撞并不能引起反应,只有极少数碰撞是有效的。
  碰撞理论认为,碰撞中能发生一组分子(下面简称分子组)首先必须具备足够的能量,以克服分子无限接近时电子云之间的斥力,从而导致分子中的原子重排,即发生化学反应。我们把具有足够能量的分子组成为活化分子组。活化分子组在全部分子占有的比例以及活化分子组所完成的碰撞次数占总数的比例,都是符合麦克斯韦—玻尔兹曼分布的,
  故有: f=e^[-Ea/(RT)]
  式中F成为能量因子,其意义是能量满足要求的碰撞占总碰撞次数的分数;e为自然对数的底;R为气体常数;T为绝对温度;Ea等于能发生有效碰撞的活化分子组所具有的最低能量的NA倍(NA是阿弗加德罗常数)。
  能量是有效碰撞的一个必要条件,但不充分。只有当活化分子组中的各个分支采取合适的取向进行碰撞时,反应才能发生。一下面反应说明这个问题。
  NO2+CO----NO+CO2
  只有当CO分子中的碳原子与NO2中的氧原子相碰时,才能发生重排反应;而碳原子与氮原子相碰的这种取向,则不会发生氧原子的转移。
  因此,真的有效碰撞次数,应该在总碰撞次数上再乘以一个校正因子,即取向因子P。
  反应物分子之间在单位时间内单位体积中所发生的碰撞的总数是NA(阿弗加德罗常数)的Z倍,则平均反应速率ν可表示为
  ν=ZPf=ZPe^(-Ea/RT)
  阿伦尼乌斯方程一般适用于温度变化范围不大的情况,这时A和Ea变化不大,阿伦尼乌斯方程有很好的适用性。若温度范围较大,则阿伦尼乌斯方程会产生误差,此时常用下面...
secx是正割,定义 斜边比邻边
也就是余弦的倒数。secx=1/cosx
cscx是余割,定义 斜边比对边
也就是正弦的倒数。cscx=1/sinx
阿伦尼乌斯同时提出了酸、碱的定义;解释了反应速率与温度的关系,提出活化能的概念及与反应热的关系等
摩尔气体常数 8.31
根据阿累尼乌斯公式,速率常数?k受活化能和温度的影响公式为k=Ae^(-Ea/RT),两边取对数,则有lnk=ln(Ae^(-Ea/RT))=lnA-Ea/RT...
答: 是比较麻烦的但可以转学直接找个接受你的学校就可以了如果户口没有转过去或是转过去不到三年将来高考还是要会四川的。。还有什么疑问吗?
答: 招生广告哟!
参加培训肯定有好处!
答: 华南师范大学的师范类专业都不错,非师范类专业中的计算机专业也很好.
答: 跟其他专业一样呀。6月
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在高中教学中,如何讲授化学反应的活化能?
作者: 来源: 发布时间:日 点击数:
本文发表于核心期刊《化学教育》2012年第10期
在高中教学中,如何讲授化学反应的活化能?
冷永刚1&&罗渝然2&&&
(1.无锡市第一中学&江苏无锡&214031;&2.中国科技大学化学与材料科学学院&安徽合肥&230026)
摘要&&对比了人教版、苏教版以及鲁科版对化学反应活化能的有关论述。介绍了IUPAC(1996)推荐的活化能的定义,强调了为什么仅有基元反应活化能才有准确的解释(即Tolman的统计观点),最后提出了在高中阶段如何讲授化学反应活化能的几点建议。
关键词&&化学反应活化能&&基元反应活化能的Tolman统计解释&&碰撞理论&&过渡态理论
1&&提出问题
在讨论化学反应速率时,活化能是一个非常重要的概念。《普通高中化学课程标准(实验)》的要求是&知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响&[1]。但是,在目前的教材中,对活化能有不同阐述。我们对比了人教版[2]、苏教版[3]以及鲁科版[4]等教材中有关活化能教学的重要内容:
(1)如何理解化学反应的活化能?
(2)不同反应速率理论对化学反应需要活化能这一问题是怎样解释的?
这两大项内容列在表1中。
表1&&人教版、苏教版、鲁科版中有关活化能阐述的比较
阿伦尼乌斯公式
基元反应概念
对活化能的理解
能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子,同时把活化分子所多出的那部分能量称作活化能。
活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。
只有基元反应的活化能才是活化分子平均能量与普通分子平均能量的差值。
化学反应需要活化能的原因
1.介绍了碰撞理论
2.没介绍过渡态理论
1.介绍了碰撞理论
2.介绍了过渡态理论
1.介绍了碰撞理论,但没区分活化能和阈能。书中如下描述不准确,&只有能量超过某一限度Ec(相当于活化能)并满足一定方向要求的活化分子间的碰撞&。&&因为阈能是T = 0K时的数值(见表2),而活化能是T&&&0K&时的数值(见表2后的说明)。
2.介绍了过渡态理论
从表1看到,不同教材对化学反应活化能的论述,是不完全相同的。这样,无疑给中学生的学习,以及我们教师的讲授都带来一定的困惑。活化能的准确定义是什么?&活化能&这一概念的理解,为什么有这样大的差异?如何向中学生介绍化学反应活化能?下面,我们讨论这些问题。
2&&&阿伦尼乌斯方程是实验数据的总结和归纳
1889年,瑞典化学家阿伦尼乌斯(Arrhenius)发现,温度对蔗糖水解速率常数有很强的影响。他用速率常数k的对数logk与温度的倒数1/T作图,获得一直线。因此,速率常数k与温度的定量关系用可微分式(1)或积分式(2)表示:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1)
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(2)
经验公式(1)和(2)都被称阿伦尼乌斯公式,微分式(1)或积分式(2)仅仅是不同数学表达式。经验公式(1)和(2)中的温度T用绝对温标(K),R是气体常数,A和Ea都是纯经验参数,分别称为指前因子与活化能。在科学文献上,lnk&(或logk)对1/T作图,简称阿伦尼乌斯图。
按照IUPAC&(1996)推荐的观点,活化能Ea的准确定义回归到阿伦尼乌斯图(lnk&vs 1/T),图上该直(曲)线在温度T下的斜率,微分式(1)中的Ea,即该化学反应的活化能。
3&&&活化能的种种解释
阿伦尼乌斯首先解释了为什么化学反应需要活化能。他指出:&并不是所有的反应物分子都能进行反应而转化为产物分子,只有少数能量较高的所谓活化分子,才能进行反应转化为产物分子。Ea就是一摩尔活化分子比一般的非活化分子所高出的能量值。&&[5]
如何准确地理解阿伦尼乌斯活化能?这是100多年来有强烈吸引力的科学问题之一。随着科学的日新月异,对化学反应需要活化能的理解也经历了巨大变化。例如,对基元反应,这样的理解历经了如下主要观点的变迁[6]:
①活化能是由非活化分子转变为活化分子的能量(阿伦尼乌斯);
②具有完成化学反应最小的、必须的能量(路易斯(Lewis));
③在反应温度T时,全部活化分子的平均能量与全部反应物分子平均能量之差(托尔曼(Tolman)),即:
E&a&(T&) = &&ET&(活化分子) &&&&&&ET&(反应物分子) &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(3)
这里,对称符号&&&&表示对其中的物理量取统计平均。
在以上3种解释中,只有托尔曼从统计力学提供的解释最准确、最合理。因为人们平时观测到的化学反应不是几个、几十个、几百个、甚至成千上万个微观粒子(分子、原子、离子、自由基)的行为,而是高达万亿亿个或更多数量的微观粒子行为的统计平均结果(注意:1&摩尔物质有6.022&1023个微粒,即6千万亿亿个微粒)。因此,我们不能采用牛顿力学描述单个或几个粒子的方法,&只能用统计方法来理解化学反应的实验规律。
100多年来,出现过许多种描述化学反应的速率理论。它们必然要对从实验数据总结和归纳得到的阿伦尼乌斯方程做出解释。不同的速率理论,提供不同的理解。下面简单介绍碰撞理论和过渡态理论。
4&&&简单碰撞理论(simple collision theory)与活化能
1918年,路易斯根据气体分子运动论,提出了化学反应的碰撞理论。他把分子简化为没有内部结构和内部运动自由度的坚硬圆球,对于双分子反应来说,并不是全部碰撞都引起化学反应,只有相碰的两个分子沿中心连线的相对平动能等于或大于某临界值(阈能)Ec的碰撞,才是有效碰撞,才引起化学反应[7]。经典碰撞理论给出反应速率常数与温度T的关系式:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(4)
这与阿伦尼乌斯公式相比,可估算活化能:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(5)
式中阈能Ec与温度无关,因为它仅是0K时的量。它可用交叉分子束技术等技术测量,。按经典碰撞理论,当分子碰撞的相对平动能大于某阈值,化学才发生。所以化学反应需要活化能。
5&&&过渡态速率理论(transition state theory)与活化能
上世纪30年代,艾林(Eyring)等人在统计力学和量子力学发展的基础上提出过渡态理论。过渡态理论的大意是,化学反应不是只通过简单碰撞就变成产物,而是要经过一个由反应物分子以一定的构型存在的过渡状态,形成这个过渡态需要一定的活化能,过渡态与反应物分子间建立化学平衡,总反应的速率由过渡态转化为产物的速率决定。以简单反应为例:
A+B&C&[A&B&C]&&A&B+C
A表示单原子分子,B&C表示双原子分子,当A原子接近B&C分子时,就开始使B&C分子间的键减弱,同时开始生成新的A&B键,而在这个过程未完成之前,系统形成一个过渡态即活化络合物[A&B&C]&,此时前一个键尚未完全断开,后一个键又未完全形成[8]。
该理论还认为反应物分子之间相互作用的势能是分子间相对位置的函数,在反应物转变为产物的过程中,系统的势能不断变化,可以画出反应过程中势能变化的势能面图,从中找出最佳反应途径。上述反应如果以反应坐标为横坐标,反应体系的势能为纵坐标,可得如下剖面图:
图1&&势能面的剖面图[8]
从反应物A + B&C&到产物A&B + C&,必须越过(经典)势能垒Eb,Eb是活化络合物与反应物两者最低势能之差值,考虑到分子中的零点能修正,我们需用量子能垒E0。&Eb与&E0的关系如下:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(6)
这里NA是阿伏伽德罗(Avogadro)常数。最后,过渡态理论给出的反应速率常数与温度T的关系式:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(7)
把它与阿伦尼乌斯公式对比,得到:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(8)
这里,m与观测温度范围有关。
综上所述,我们不能混淆基元反应的阿伦尼乌斯活化能Ea、碰撞理论中的阈能Ec、过渡态理论中的能垒Eb。虽然,这三者之间有一定联系,并且在不太高的反应温度条件下,三者的数值相当接近。表2对比了这三者之间的差异。
表2&&Ea、Ec、E0的对比[6] [7]
阿伦尼乌斯活化能
注意:没限定反应温度T
T = 0K时,发生反应性碰撞时分子必须具有的最低能量
T = 0K时,活化络合物与反应物分子的能量之差,既经典(或量子)能垒
可观测的宏观量、统计量,&与温度有关
微观量,分子水平上的量,可观测,与温度无关
微观量,分子水平上的量,不可观测,&但可用量子化学方法计算,与温度无关
目前,国内的许多大一化学和中学教材,经常把阈能、能垒与活化能相互混淆。这在科学上是不允许的。如表2所示,阈能和能垒是微观量,分子水平上的量,都是绝对零度时的数值。T = 0K时,&所有微观粒子都没平动,&微观粒子之间不存在相互碰撞,&故不可能引发化学反应。微观粒子之间没有碰撞,就没化学反应,又叫化学第零定律。它是化学科学中最基本的常识[9,10]。
任何化学反应只能在T&&&0K或更高时才发生。所以化学反应的活化能是T&&&0K或更高时的数值,它没限定反应温度T的高低。
6&&&有关化学反应活化能教学的建议
6.1建议在教学中强调化学反应的多步性、复杂性
常见的化学反应(如氢气与氯气的反应,氢气与氧气的反应,甲烷在空气中的燃烧),都不是分子间直接碰撞而完成的。它们都要通过许多单个反应步骤才最后变成产物分子。这好比,我们每日三餐吃饭都是一口一口地进食;我们从开始读小学到高中毕业、到进一步技能学习和职业培训、或学术深造,必需经过许多步骤才能如愿以偿。在化学科学中,把每单一步骤的化学反应叫基元反应,常见的化学反应实际是许多基元反应组合后的结果,即总包反应。例如,平时书写的如下反应都是总包反应:
假如在教学中,不预先介绍化学反应的多步性、复杂性,我们建议,最好不要力图解释化学反应活化能的物理涵义,因为总包反应活化能的涵义很难讲清楚。
对比表1内的三本教材,人教版[2]和苏教版[3]中,没有介绍基元反应的概念,就讨论仅适宜基元反应的碰撞理论或过渡态理论;鲁科版[4]中,介绍了基元反应的概念之后,才讨论适宜基元反应的碰撞理论与过渡态理论。我们愿支持鲁科版的正确做法。
6.2化学反应活化能的准确定义
按照IUPAC(1996)推荐的观点,活化能的定义来源于阿伦尼乌斯图(任何化学反应,不论它是总包反应,或基元反应)。我们欣赏这一回归原始起点的观点,不赞同某些文章与教材另起炉灶、另外定义活化能的企图。
按IUPAC(1996)推荐的活化能的定义,我们将得到总包反应的活化能,以及基元反应的活化能。从阿伦尼乌斯图,我们看到,活化能数值不是常数,它与反应温度T有关,仅当反应温度变化范围较小时,才可近似地看作常数。从阿伦尼乌斯图,我们还能看到,绝大多数化学反应的活化能数值是正数(温度增加反应速率增加),极少数反应的活化能数值是负数(温度增加反应速率降低,&又叫负温度效应),更极少数反应的活化能数值是零(温度增加和降低,反应速率不变)[6]。
基元反应的活化能有简单又清晰的物理涵义。总包反应的活化能是若干基元反应活化能的数学上的混合,失去了清晰的物理涵义,仅是一表观量。
如果中学生不熟悉微积分,建议不要介绍式(1),而直接用式(2)定量描述温度对化学反应速率的影响。但要强调,式(2)中的两参数是纯经验值。我们应向学生表明,怎样理解这两个经验参数,吸引了许多科学家长期研究,&在过去100多年间,产生了多种化学反应速率理论。这些理论已超出了中学教学的范围。
6.3基元化学反应活化能的理解
实际上,人们观测到的基元化学反应都是一特大群分子统计平均的结果。如像在讨论各类人群的身高、体重、血压、寿命、考核成绩、工资收入等等,只有采用统计平均的方法,获得的数据才有相互可比性。所以,能够准确解释基元反应活化能的种种速率理论,只能是各种统计理论。正因如此,托尔曼对基元反应活化能的统计解释最准确。
因此我们认为,鲁科版[4]中对活化能的阐述比较妥,即&只有基元反应的活化能才是活化分子平均能量与普通分子平均能量的差值。&
我们建议,把如下图示与托尔曼的观点结合,就可以清楚知道什么是正反应及逆反应的活化能,&什么是放热反应及吸热反应的活化能。
图2&&托尔曼观点与放热反应及吸热反应的活化能
6.4为什么化学反应需要活化能?
温度在绝对0K以上时,微观粒子才有平动运动,导致粒子之间频繁地相互碰撞。温度升高,&微观粒子的平动运动,急剧加快,使得粒子间相互碰撞的频率(次/秒)急剧增加。对于绝大多数基元反应,正像人教版[2]中的解释,分子间的碰撞可区分为一般碰撞和有效碰撞两大类,&能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子&。从普通分子变成活化分子,这需要一定能量,&才可能完成化学反应,&变成产物分子。这好比,在一大群人之中(一群反应物分子),只有那些勇于克服种种困难的人们,才可能达到高水准(一批活化分子),从而进入人身的新天地(一群产物分子)。
6.5&与国外教材的对比
《Chemistry:Concepts and Applications》(《化学:概念与应用》)是美国高中主流理科教材之一。它对活化能的介绍用了如下文字:&对于两种物质之间发生的反应,首先是不同物质的粒子之间发生碰撞。而只有在这种碰撞激烈到一定程度时,反应才能继续进行,生成产物。这种能引起反应的粒子碰撞所需的最少能量,我们称之为这个反应的活化能&&[11]。该教材内,没有出现&活化分子&、&碰撞理论&这样的专业名词,更没介绍&&过渡态&的概念。《化学:概念与应用》从分子必需碰撞才可能导致化学反应的观点出发,对活化能的解释虽然粗略,但它符合美国中学生的实际,也没有违反化学科学的基本原理。我们认为,它的教学思路,可供我们思考。
我们建议,在中学和大一学习阶段,应当介绍常见化学反应的多步性、复杂性和基元反应的概念;强调分子碰撞才可能导致化学反应,以及分子间的碰撞可区分为一般碰撞和有效碰撞两大类;启发学生懂得,为什么用统计平均的观点才能准确理解化学反应的活化能及实验规律。
我们还建议,在中学和大一学习阶段,没有必要超前介绍大学化学系高年级学生才学习的碰撞理论、过渡态理论等等速率理论,没必要引入阈能、能垒这类概念。各地高考,&更没必要出这类考题困扰学生。因为中学生和大一学生的数学和物理学的基础知识不够,学时很有限。如果硬性&填鸭&,不仅增加学生的学习负担,而且易混淆不同的科学概念,伤害青少年的想象力和主动思考能力,制造他们今后深造时的大麻烦。
参&&考&&文&&献
[1]&&中华人民共和国教育部制订.&普通高中课程标准(实验).&北京:&人民教育出版社,&2003:&24
[2]&&宋心琦主编.&普通高中课程标准实验教科书:&化学反应原理(选修).&第3版,北京:&人民教育出版社,&2011:&绪言
[3]&&王祖浩主编.&普通高中课程标准实验教科书:&化学反应原理(选修).&第4版,&南京:&江苏教育出版社,
[4]&&王磊主编.&普通高中课程标准实验教科书:&化学反应原理(选修).&第3版,&济南:&山东科学技术出版社,&
[5]&&李大珍.&浅谈关于活化能的两个问题.&化学教育,&):&14-15
[6]&&罗渝然,&俞书勤,&张祖德等.&再谈什么是活化能.&大学化学,&):&35-42
[7]&&罗渝然.&什么是活化能.&化学通报, 1981,&(4):&50-55
[8]&&傅献彩.&物理化学(下册).&第5版,&北京:&高等教育出版社,&5
[9]&&罗渝然, S.W.Benson.&什么是热化学动力学.&化学通报, 1989,&(10): 22
[10]&罗渝然,&俞书勤,&张祖德等.&三分子化学反应-一个未被证实的假设.&大学化学, ),&81
[11]&菲利普(Phillips,J.S.)等&著;王祖浩等&译.&化学:概念与应用.&杭州:&浙江教育出版社,&
&通讯联系人,E-mail:&电话:
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克劳修斯克拉佩龙方程感觉很像阿伦尼乌斯公式啊,有什么联系么,还是能互相推导的?突然发现的很感兴趣
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克劳修斯-克拉佩龙方程是描述单组份系统在相平衡时压强随温度的变化率阿伦尼乌斯公式是化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式.它是由路易斯的有效碰撞理论作为前提的.
但2者公式新式很相似啊,是巧合么
我希望你不要拘泥于形式是否相同,这对你对方程和公式的理解和应用没有益处
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物理化学常用公式的线性化探讨
  摘 要 为了探求物理化学中常用公式的特征,使之更容易理解和记忆,按照稀溶液、温度的影响、反应级数的确定的分类方法,从线性化入手,分析并总结多个基本公式的线性化形式以及线性化后的用途。公式的线性化是一种发现物理量之间的关系的简单方法,可以通过直线的斜率和外推法求得很多实验中不易直接测得的物理量。中国论文网 http://www.xzbu.com/9/view-3454603.htm  关键词 物理化学;线性关系;实验  中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:12)24-0088-02  Linearization of Common Formulas of Physical Chemistry//Tong Yan, Li Xiaofei  Abstract In order to explore the characteristics of the usual formulas of physical chemistry and make them easy to understand and memorized, the forms of some basic linear formulas and their usages after linearization were summarized according to the orders of dilute solution, the effect of the temperature, the classification method of the decision of the reaction order. The linearization of the formulas is a simple method for finding the relationship of the different physical variables. In addition, it is easy to find the physical quantities which are hard to obtain from experiments.  Key word experiment  Author’s address College of Pharmacy, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou, China 450008  物理化学实验常常产生大量的数据,如何对数据进行系统的分析,找出数据间的关系,探求变化的规律和本质,是每一位科学工作者必须掌握的基本功。同时,物理化学教材中公式繁多,但不同公式却有很多的相似性,如何探求公式之间的联系,最大限度地减少对公式的记忆,是每一位教学工作者必须面对的问题。而线性化的函数关系可以很方便地通过直线的斜率和截距求出所需要的物理量。因此,物理化学工作者对公式的推导非常注重线性化[1],他们总是试图找出变量之间的线性关系,或者对已有公式进行线性化处理,从而给科学研究和教学过程带来极大的便利。若能把这种思想传授给学生,使其能熟练应用到科学研究中,无疑会对学生处理实验数据的能力的提高大有好处。本文通过总结物理化学教材[2-3]中常见的线性化的公式,以期对物理化学的教学有所帮助。  1 三个和温度有关的公式  众所周知,标准平衡常数、饱和蒸汽压、反应速率常数的大小受温度的影响均比较大,温度升高,其值减小。从表1可以看出,3个公式具有高度的相似性。通过直线的斜率,可以求出3个重要的物理化学量标准摩尔反应热、相变潜热以及反应的实验活化能。例如,阿伦尼乌斯经验式为,本身反应速率常数和温度并无线性关系,但是通过取对数并积分,则可以得到线性关系。这种取对数积分的方法是很多线性关系推导的常用方法。  2 具有简单级数的反应的浓度和时间关系的线性化  在讲述具有简单级数的反应的特征时,总是试图推导出具有线性关系的积分速率方程。其目的可以使读者能更好地区别不同级数的化学反应的特征,做到一目了然。另外,在判断一个未知反应的级数时,反应物浓度和时间的线性关系是极其重要的判定法则。利用微分法和半衰期法确定化学反应的级数时,也可以通过线性化的处理找出,见表2。  3 稀溶液中存在的线性关系  在溶液较稀或理想液体下,由于溶质与溶剂之间的作用力可以忽略不计,因此很多物理量和浓度之间都存在一定的线性关系,如稀溶液的拉乌尔定律、亨利定律以及依数性;另外电化学中,稀溶液的摩尔电导率和浓度的关系,平均活度系数和离子强度之间都可以转化为一定的线性关系;大分子溶液的粘度和浓度之间同样存在线性关系。以上线性关系均只能在溶液比较稀的情况下适用,当溶液浓度增加时,则出现比较明显的偏差。对于大分子溶液来说,在溶液浓度不大时,可以利用大分子溶液的粘度和大分子溶液的渗透压和浓度之间的线性关系进行实验,求算大分子的摩尔质量,见表3。对于强电解质溶液来说,科尔劳乌斯公式和德拜-休克尔极限公式分别给出摩尔电导率以及离子平均活度系数和浓度以及离子强度的线性关系。巧合的是,二者分别和浓度与离子强度的平方根成线性关系。  4 其他线性关系  在表面吸附的几个公式中,虽然最初它们的形式并非线性的,但通过数学运算,均可以转变为一定的线性关系,例如取对数、取倒数、调整变量关系,见表4。类似的公式还有大分子的光散射公式以及奥斯特瓦尔德稀释定律。以上公式通过斜率和截距,可以很准确地求得一些非常重要的物理量,如摩尔质量、固体的比表面积以及电离平衡常数等。  5 结论  物理化学公式的线性化可以使实验数据的处理更可靠,对于一些重要的物理量的实验测定更加合理。正确理解公式的线性化,并把其理念应用到数据的整理中,对于培养学生的处理数据能力以及从大量复杂的数据中探索真理的精神将会大有益处。而借助于计算机,虽然可以通过拟合的方法得出多种规律,但是线性化方法仍然是一种最简单可靠的方法。  参考文献  [1]高盘良.科学方法教育与创新能力培养[J].中国大学教学,-8.  [2]李三鸣.物理化学[M].7版.北京:人民卫生出版社,2011.  [3]沈文霞.物理化学核心教程[M].2版.北京:科学出版社,2009.
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