反應速率同速率定律：濃度點樣控制速度

量度反應進行得幾快

反應速率係反應物或產物濃度喺單位時間內嘅變化，單位通常係 mol L⁻¹ s⁻¹。反應進行時，反應物濃度下降，所以佢哋嘅變化係負數。反應物項前面會加一個負號，令每個速率都報告為正數。

平均速率係一段時間間隔內濃度嘅變化除以該間隔嘅長度。瞬時速率係濃度–時間曲線喺某一刻切線嘅斜率。初速率係時間為零、產物未累積之前嘅瞬時速率。對大部分反應嚟講，速率會隨時間下降，因為反應物不斷被消耗。

濃度係決定速率嘅幾個因素之一。溫度、催化劑、固體反應物嘅表面積，以及反應物嘅化學性質都有影響。本指引保持溫度不變，集中講濃度；溫度嘅影響係活化能指引嘅主題。

一個反應，一個速率：除以係數

同一個反應中唔同物種嘅變化速度唔同，同佢哋嘅係數成正比。要為整個反應給出單一速率，就將每個物種嘅變化速率除以佢嘅係數。對於 aA + bB → cC + dD，反應速率係 −(1/a)Δ[A]/Δt = −(1/b)Δ[B]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt = (1/d)Δ[D]/Δt。

實例 1。喺分解反應 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g) 中，某一刻二氧化氮以 6.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ 生成。反應速率係 (1/4)(6.0 × 10⁻⁵) = 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹。N₂O₅ 以反應速率嘅兩倍被消耗，即 3.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹，而 O₂ 以反應速率生成，即 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹。四個陳述描述嘅都係同一件事。

同樣嘅記帳方法亦適用於平均速率。舉例說明，假設 [N₂O₅] 喺頭 300 s 內由 0.0200 mol/L 跌到 0.0169 mol/L。N₂O₅ 嘅平均消耗速率係 (0.0200 − 0.0169)/300 s = 1.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹。減法之後只剩兩位有效數字，所以結果有兩位。喺同一段時間內，NO₂ 以未修約平均速率嘅兩倍生成，即 2 × 1.03 × 10⁻⁵ = 2.1 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹。

寫出速率定律：速率常數同反應級數

速率定律將速率表示為濃度乘冪嘅乘積：rate = k[A]ᵐ[B]ⁿ。速率常數 k 對某一溫度下嘅某一反應係特定嘅，唔取決於濃度。指數 m 同 n 係對 A 同 B 嘅反應級數，兩者之和係總級數。級數通常係 0、1 或 2，但亦觀察到分數級同負級數。

每個級數話俾你知速率對某一濃度變化嘅反應。如果反應對 A 係零級，改變 [A] 對速率冇影響。如果係一級，[A] 加倍速率就加倍。如果係二級，[A] 加倍速率就乘以 2² = 4。對於 rate = k[A]²[B]，[A] 加倍同時 [B] 減半，速率會改變 2² × ½ = 2 倍。

級數必須量度。OpenStax 第 12.3 節以反應 NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g) 為例：佢嘅速率定律係 rate = k[NO₂]²，對 NO₂ 係二級，對 CO 係零級，儘管每種反應物嘅係數都係 1。

初速率法，逐步講解

初速率法喺同一溫度下將同一個反應進行幾次，每次只改變一個起始濃度，並量度每次實驗剛開始時嘅速率。

實例 2。此處嘅數據係為練習而設嘅示例。對於 A + 2 B → 產物，三次實驗得出：實驗 1，[A] = 0.0100 mol/L，[B] = 0.0100 mol/L，初速率 2.40 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹；實驗 2，[A] = 0.0150 mol/L，[B] = 0.0100 mol/L，速率 5.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹；實驗 3，[A] = 0.0100 mol/L，[B] = 0.0300 mol/L，速率 7.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹。

實驗 1 同 2 之間只有 [A] 改變，變為 1.50 倍，而速率上升為 2.208 倍。用對數解 2.208 = 1.50ᵐ：m = ln 2.208 / ln 1.50 = 1.95。實測速率帶有實驗誤差，所以咁接近整數嘅數值會修約：m = 2。實驗 1 同 3 之間只有 [B] 改變，變為 3.00 倍，而速率上升為 3.04 倍，所以 n = ln 3.04 / ln 3.00 = 1.01，修約為 1。速率定律係 rate = k[A]²[B]，總級數係三級。留意 B 喺方程式中嘅係數係 2，但係一級。

而家由每次實驗求 k：k = rate / ([A]²[B])。三個數值係 2.40、2.36 同 2.43 L² mol⁻² s⁻¹，平均值係 2.40，所以報告 k = 2.4 L² mol⁻² s⁻¹。用佢預測 [A] = 0.0200 mol/L、[B] = 0.0250 mol/L 時嘅速率：rate = 2.4 × (0.0200)² × 0.0250 = 2.4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹。

• 揀兩次只有一個濃度改變嘅實驗。
• 將較大嘅速率除以較細嘅速率，相應嘅濃度亦用同樣方式相除。然後解：速率比 =（濃度比）嘅級數次方。
• 將每個級數修約為合理數值（整數，偶爾係 ½），再對其他反應物重複。
• 由每次實驗計算 k 並取平均，而唔係只信一次實驗。

k 嘅單位顯示總級數

速率嘅單位永遠係濃度除以時間，所以 k 嘅單位必須令速率定律兩邊平衡。濃度用 mol/L、時間用秒時，k 嘅單位係 (mol/L)¹⁻ⁿ s⁻¹，其中 n 係總級數。睇一個已知速率常數嘅單位，係快速判斷反應總級數嘅方法。

• 零級：mol L⁻¹ s⁻¹。
• 一級：s⁻¹，完全冇濃度單位。
• 二級：L mol⁻¹ s⁻¹。
• 三級：L² mol⁻² s⁻¹，正如實例 2。

點解平衡方程式無法給出級數

大部分反應都經過一系列稱為基元步驟嘅較簡單事件，合起嚟組成反應機理。對於單一基元步驟，而且只有喺呢種情況下，速率定律先可以由該步驟嘅係數寫出：兩個 NO₂ 分子碰撞嘅步驟對 NO₂ 係二級。一個步驟中碰撞嘅粒子數目就係佢嘅分子數。

機理中最慢嘅步驟限制整體速率，稱為速率決定步驟。OpenStax 第 12.6 節就係咁樣解釋 NO₂ + CO 嘅速率定律。緩慢嘅第一步 NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO 之後係快速嘅一步 NO₃ + CO → NO₂ + CO₂。兩個步驟相加就係總方程式。CO 喺緩慢步驟之後先參與，所以佢嘅濃度唔會出現喺速率定律中。平衡嘅總方程式描述嘅係消耗同生成咗乜嘢，而唔係反應點樣發生，所以級數必須量度。

速率定律失誤同點樣揪出佢哋

動力學題目中大部分錯誤來自將平衡方程式當成速率定律，或者將每個物種嘅速率當成同一個數字。

• 由總方程式嘅係數攞反應級數。級數來自數據或者已知嘅機理。
• 將一個物種嘅速率換算成另一個物種嘅速率時忘記除以係數。
• 反應物速率漏咗負號，報告咗負嘅反應速率。
• 比較兩次同時改變咗多過一個濃度嘅實驗。
• 計算 k 時唔寫單位。佢嘅單位可以確認總級數係咪正確。
• 將實測級數 1.95 修約為 1.9 而唔係 2。實驗數據好少會得出準確嘅整數。