题目
12.某抗菌素在人体血液中分解呈现简单级数的反应,如果给患者在上午8-|||-点注射一针抗菌素,然后在不同时刻t测定抗菌素在血液中的质量浓度ρ[质量-|||-浓度单位以 cdot ((100{cm)^3)}^-1 表示],得到如下数据:-|||-t/h 4 8 12 16-|||-rho /mgcdot ((100{cm)^3)}^-1] 0.480 0.326 0.222 0.151-|||-试计算:-|||-(1)该分解反应的级数;-|||-(2)求反应的速率常数k和半衰期 _(1)/2;-|||-(3)若抗菌素在血液中质量浓度不低于 .370mgcdot ((100{cm)^3)}^-1 才为有效,-|||-求应该注射第二针的时间。

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定反应级数
根据题目中给出的数据,我们可以通过计算 $\dfrac {a}{a-x}$ 的值来判断反应的级数。如果该值在不同时间点上基本保持不变,那么反应为一级反应。计算如下:
$\dfrac {0.480}{0.326} = 1.472$
$\dfrac {0.326}{0.222} = 1.473$
$\dfrac {0.222}{0.151} = 1.470$
这些值基本相等,因此可以确定反应为一级反应。
步骤 2:计算速率常数k
对于一级反应,其速率常数k可以通过以下公式计算:
${k}_{1}=\dfrac {1}{t}\ln \dfrac {a}{a-x}$
将数据代入公式,计算k的平均值:
${E}_{1}=\dfrac {1}{4h}\ln 1.472=0.096{h}^{-1}$
${E}_{1}=\dfrac {1}{8h}\ln 1.473=0.096{h}^{-1}$
${E}_{1}=\dfrac {1}{12h}\ln 1.470=0.096{h}^{-1}$
因此,速率常数k的平均值为0.096 h^(-1)。
步骤 3:计算半衰期 ${l}_{1}/2$
半衰期 ${l}_{1}/2$ 可以通过以下公式计算:
${t}_{12}=\dfrac {\ln 2}{{k}_{1}}$
将k的值代入公式,计算半衰期:
${t}_{12}=\dfrac {\ln 2}{0.096{h}^{-1}}=7.22h$
步骤 4:计算注射第二针的时间
利用一级反应的积分式,计算抗菌素在血液中质量浓度不低于 $0.370mg\cdot {(100{cm}^{3})}^{-1}$ 时的时间:
$t=\dfrac {1}{k}\ln \dfrac {a}{a-x}$
首先计算抗菌素的初始浓度a:
$\ln \dfrac {a}{a-x}={k}_{1}t$
$\ln \dfrac {0.480}{0.326}=0.096h^{-1}×4.0h$
解得抗菌素的初始浓度 $a=0.705mg\cdot {(100{cm}^{3})}^{-1}$。
然后计算时间t:
$t=\dfrac {1}{0.096{h}^{-1}}\ln \dfrac {0.705}{0.370}=6.72h$
因此,注射第二针的时间约为6.72小时后,即上午8点注射后约6.72小时,即下午2点43分左右。
根据题目中给出的数据,我们可以通过计算 $\dfrac {a}{a-x}$ 的值来判断反应的级数。如果该值在不同时间点上基本保持不变,那么反应为一级反应。计算如下:
$\dfrac {0.480}{0.326} = 1.472$
$\dfrac {0.326}{0.222} = 1.473$
$\dfrac {0.222}{0.151} = 1.470$
这些值基本相等,因此可以确定反应为一级反应。
步骤 2:计算速率常数k
对于一级反应,其速率常数k可以通过以下公式计算:
${k}_{1}=\dfrac {1}{t}\ln \dfrac {a}{a-x}$
将数据代入公式,计算k的平均值:
${E}_{1}=\dfrac {1}{4h}\ln 1.472=0.096{h}^{-1}$
${E}_{1}=\dfrac {1}{8h}\ln 1.473=0.096{h}^{-1}$
${E}_{1}=\dfrac {1}{12h}\ln 1.470=0.096{h}^{-1}$
因此,速率常数k的平均值为0.096 h^(-1)。
步骤 3:计算半衰期 ${l}_{1}/2$
半衰期 ${l}_{1}/2$ 可以通过以下公式计算:
${t}_{12}=\dfrac {\ln 2}{{k}_{1}}$
将k的值代入公式,计算半衰期:
${t}_{12}=\dfrac {\ln 2}{0.096{h}^{-1}}=7.22h$
步骤 4:计算注射第二针的时间
利用一级反应的积分式,计算抗菌素在血液中质量浓度不低于 $0.370mg\cdot {(100{cm}^{3})}^{-1}$ 时的时间:
$t=\dfrac {1}{k}\ln \dfrac {a}{a-x}$
首先计算抗菌素的初始浓度a:
$\ln \dfrac {a}{a-x}={k}_{1}t$
$\ln \dfrac {0.480}{0.326}=0.096h^{-1}×4.0h$
解得抗菌素的初始浓度 $a=0.705mg\cdot {(100{cm}^{3})}^{-1}$。
然后计算时间t:
$t=\dfrac {1}{0.096{h}^{-1}}\ln \dfrac {0.705}{0.370}=6.72h$
因此,注射第二针的时间约为6.72小时后,即上午8点注射后约6.72小时,即下午2点43分左右。