反應速率

Q: 反应速率是什么意思？

反应速率（英語：Rate of reaction）是在化學反應中，反應物轉變成生成物的速度。 不同反應的速率有所不同。 例如鐵的生銹（氧化）過程的需時以年來計算；在火中燃燒纖維素，卻只需要數秒鐘的時間。 對於大部分的反應，反應速率隨時間而減少。

Q: 反应速率常数与什么有关？

不同反应有不同的速率常数，速率常数与反应温度、反应介质（溶剂）、催化剂等有关，甚至会随反应器的形状、性质而异。 与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。

Q: 速率常数会随温度改变吗？

k(T)是反应速率常数，会随温度改变。

反应速率（英語：Rate of reaction）是在化學反應中，反應物轉變成生成物的速度。不同反應的速率有所不同。例如鐵的生銹（氧化）過程的需時以年來計算；在火中燃燒纖維素，卻只需要數秒鐘的時間。對於大部分的反應，反應速率隨時間而減少。

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碰撞学说[编辑]
影響反應速率的因素[编辑]
各級反應编辑
可逆反应编辑
连续反应编辑
平行反应编辑
速率方程的确定编辑
参见编辑
参考资料编辑
外部链接编辑
反应速率是什么意思？
如何计算反应速率？
反应速率常数与什么有关？
速率常数会随温度改变吗？

反應速率可以用這種方式來表達：

反应速率的单位为mol/(L·s)或mol/(L·min)。浓度单位一般用莫耳·升-1，时间单位用秒、分或小时。反应速率分为平均速率（一定时间间隔裡平均反应速率）和瞬时速率（给定某时刻的反应速率），可通过实验测定。

碰撞学说[编辑]

碰撞理论，是由德国的Max Trautz及英国的William Lewis在1916年及1918年分别提出的。

碰撞学说：任何化学反应的发生，必需反应粒子互相接近碰撞，则反应速率与碰撞次数成正比。
活化能：所谓活化能就是能使粒子发生反应的最低能量。
有效碰撞：所谓有效碰撞是指碰撞的粒子其能量（发生化学反应所需的能量）超过活化能，且碰撞方向（位向）要正確。

影響反應速率的因素[编辑]

反应物本身的性质，外界因素：温度，浓度，壓力，催化剂，光，激光，反应物颗粒大小，反应物之间的接触面积和反应物状态，x射线，γ射线，固体物质的表面积，与反应物的接触面积，反应物的浓度也会影响化学反应速率。

增加反应物的浓度，即增加了单位体积内活化分子的数目，从而增加了单位时间内反应物分子的有效碰撞的次数，导致反应速率加快。提高反应温度，即增加了活化分子的百分数，也增加了单位时间内反应物分子有效碰撞的次数，导致反应速率加快。使用正催化剂，改变了反应历程，降低了反应所需的活化能，使反应速率加快。

在化工生产中，常控制反应条件来加快反应速率，以增加产量。有时也要采取减慢反应速率的措施，以延长产品的使用时间。

化学反应速率方程是利用反应物浓度或分压计算化学反应的反应速率的方程。[1]对于一个化学反应，化学反应速率方程（与复杂反应速率方程相比较）的一般形式写作：[2]

在这个方程中，表示一种给定的反应物的活度，单位通常为摩尔每升（mol/L），但在实际计算中有时也用浓度代替（若该反应物为气体，表示分压，单位为帕斯卡 (Pa）。表示这一反应的速率常数，与温度、离子活度、光照、固体反应物的接触面积、反应活化能等因素有关，通常可通过阿累尼乌斯方程计算出来，也可通过实验测定。

指数、为反应级数，取决于反应历程。在基元反应中，反应级数等于化学计量数。但在非基元反应中，反应级数与化学计量数不一定相等。

复杂反应速率方程可能以更复杂的形式出现，包括含多项式的分母。

上述速率方程的一般形式是速率方程的微分形式，它可以从反应机理导出，而且能明显表示出浓度对反应速率的影响，便于进行理论分析。将它积分便得到速率方程的积分形式，即反应物／产物浓度与时间的函数关系式。

各級反應编辑

	零级反应	一级反应	二级反应	级反应
微分速率方程
积分速率方程				（不适用于一级反应）
速率常数的单位
呈线性关系的变量				（不适用于一级反应）
半衰期				（不适用于一级反应）

表中，代表摩尔浓度（mol/L），代表时间，代表反应的速率常数。所说的“二级反应”和“ 级反应”指的是纯级数反应，也就是反应速率只与一个反应物的二次方或成正比。

可逆反应编辑

可逆反应（又称平衡反应、对行反应、对峙反应）指的是反应物与产物形成化学平衡的反应，其中正向和逆向反应同时进行，而且反应速率相等。它可以用下面的方程式来表示：

假设正向反应速率之速率常數为，逆向反应速率之速率常數为。因此，正向反应的净速率是正、逆反应速率的代数和，即：

与又恰好能与反应的平衡常数通过下列关系联系起来：

) 与发生的可逆反应的图。正向和逆向反应的速率分别为和。可以看出，经过足够长的时间，可逆反应中的反应物和产物都要分别趋近它们的平衡浓度。

下面讨论一个简单的单分子可逆一级反应：

达到平衡时的平衡常数可以表示为：其中，和分别为和的平衡浓度。假设，的初始浓度，而且达到平衡时，反应物已反应成的浓度为，于是有：代入上面的定义式：整理得：的净消耗速率为：时，反应达到平衡，的净消耗速率为零，即：上上式减上式，可得：当一定时，为常量，于是有：将上式代入上上式，得：称为反应物的距平衡浓度差。

进行分离变数积分，可以得到：

从上式可以看出，平衡反应的图为一直线，由直线斜率可求出，然后再根据实验测得的／，就可以求得和，与上面的联立便可以解出和。[3]

或者，将定义为反应后某一时刻已经转化为的的浓度，则：

整理，可得某一时刻反应物的浓度的表达式：时，得到，与上面的结果相吻合。将这些结果代入，化简之后得到，与上面(1)式结果相同。

为了求得反应的半衰期，令，将其代入上面(1)式或(2)式，可以得到：

如果反应的值很大，那么，。

可以看出，平衡反应中的半衰期与反应物的初始浓度无关。

对行反应的例子有：

乙酸和乙醇的酯化反应：
邻苯二甲酸酐与异辛醇反应生成邻苯二甲酸二异辛酯的反应。

连续反应编辑

连续反应（又称串联反应、连串反应）指的是如下类型的化学反应：

第一个反应产生的又可以再起反应生成。反应的速率方程一般形式为：对反应物而言：对中间体而言：对产物而言：

对式积分，得：

将式代入式，得：

对其进行积分：

由于

将和式代入，可得：

这样，、、三个浓度就都可以求出了。如果中间体是目标产物，则达到最大值时（最佳时间）就必须终止反应。通过将式对取导数，令其为0，可以求出中间体的最佳时间和的最大浓度：

，

用稳态近似法分析也可以取得类似的结果。

连续反应的例子有：

丙烯被氧气氧化为丙酮、乙酸的反应：
4-氨基偶氮苯用发烟硫酸磺化时发生的反应： 4－氨基偶氮苯一磺化物二磺化物

平行反应编辑

平行反应（又称竞争反应）指的是同一反应物可以同时进行几种不同的反应，生成不同的产物。

如果两个平行反应都是一级反应，则三个速率方程分别为：

对其积分可以得到、和的表达式：

一个比较重要的关系式是：，即任一瞬间两产物浓度之比都等于两反应速率常数之比。

两个平行反应分别为一级和二级反应：[4]

想象下面的情形：反应物在发生二级反应的同时，还有少量发生水解（可以看作准一级反应）：。因此，反应的速率方程为：

，代表假一级反应常数

通过假设，在对上述式子积分后，可以得出主要产物的浓度和副产物的浓度：

以上只是几种基本的复合反应类型，除此以外，还有很多情况是上述几种基本复合反应的混合。请有兴趣的读者参见酶动力学、米氏方程和酶抑制剂等文章。

速率方程的确定编辑

速率方程的确定主要有以下三种方式：

微分法：对求对数，得到：，然后取若干个不同的初始浓度，分别从图上求出相应的斜率，求出直线的斜率，并进一步求出反应物的反应级数。
尝试法／试差法：分别将某一化学反应的和代入各种级数反应的积分速率方程，看哪一个最准确。
半衰期法：求得两个不同初始浓度下的反应半衰期，然后根据总结一节中的半衰期通式，求出反应级数。

参见编辑

反应速率
速率常数
平衡态近似、稳态近似
表面化学反应

参考资料编辑

^ IUPAC金皮书对“反应速率”（rate law）的定义：[1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）。
^ Connors, Kenneth A. Chemical Kinetics, the study of reaction rates in solution. VCH Publishers. 1991.
^ Rushton, Gregory T.; William G. Burns, Judi M. Lavin, Yong S. Chong, Perry Pellechia, Ken D. Shimizu. Determination of the Rotational Barrier for Kinetically Stable Conformational Isomers via NMR and 2D TLC - An Introductory Organic Chemistry Experiment. J. Chem. Educ. 2007, 84 (1499). . Abstract （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
^ Manso, José A.; et al.. A Kinetic Approach to the Alkylating Potential of Carcinogenic Lactones. Chem. Res. Toxicol. 2005, 18 (7): 1161-1166.