题目
平行反应中,发生一级不可逆反应,当主反应活化能大于副反应活化能时,反应适宜在 下进行。
平行反应中,发生一级不可逆反应,当主反应活化能大于副反应活化能时,反应适宜在 下进行。
题目解答
答案
高温
解析
考查要点:本题主要考查平行反应中温度对反应选择性的影响,涉及阿伦尼乌斯方程的应用及活化能对反应速率的影响规律。
解题核心思路:
在平行反应中,主反应与副反应的速率常数均遵循阿伦尼乌斯方程。当主反应活化能($E_a^{主}$)大于副反应活化能($E_a^{副}$)时,温度升高会使主反应速率常数$k_{主}$的增长幅度显著高于副反应速率常数$k_{副}$,从而提高主反应的选择性($\alpha = \frac{k_{主}}{k_{副}}$)。因此,高温有利于主反应的进行。
破题关键点:
- 明确活化能与温度对速率常数的影响关系;
- 理解选择性与速率常数比值的关系;
- 结合阿伦尼乌斯方程分析温度变化对两种反应速率常数的相对影响。
在平行反应中,主反应和副反应的速率常数分别为:
$k_{主} = A_{主} \exp\left(-\frac{E_a^{主}}{RT}\right), \quad k_{副} = A_{副} \exp\left(-\frac{E_a^{副}}{RT}\right)$
其中,$E_a^{主} > E_a^{副}$。
选择性分析:
选择性由速率常数比值决定:
$\alpha = \frac{k_{主}}{k_{副}} = \frac{A_{主}}{A_{副}} \exp\left(-\frac{E_a^{主} - E_a^{副}}{RT}\right)$
当温度升高时,指数项中的分母$RT$增大,导致指数项整体增大(因$E_a^{主} - E_a^{副} > 0$)。因此,$\alpha$随温度升高而增大,主反应的选择性提高。
结论:
在主反应活化能更高的情况下,升高温度有利于减少副反应的影响,使反应更倾向于按主反应进行。