一级反应

---

引言

反应进行的速度被称为反应速率。反应速率可以根据反应物的浓度来确定。反应速率与产物的生成速率成正比，也与反应物浓度的减少成反比。许多化学反应进行得很快。例如，纤维素上的燃烧反应是一个在几秒钟内发生的快速反应。而一些化学反应则比较慢。例如，铁的生锈是一个非常缓慢的过程，需要很长时间才能发生。通过确定浓度的变化，可以很容易地找到反应速率。

什么是反应级数？

反应速率与反应物浓度之间的关系就是反应级数。反应级数可以从速率方程中区分出来，因为它是浓度值中指数的总和。因此，反应级数是反应物物种所升高的指数，它取决于该特定反应的速率。级数是从速率定律中得到的。例如，在一个反应中，

$$\mathrm{aA+bB\longrightarrow P}$$

速率方程为：

$$\mathrm{rate=k[A]^x [B]^y}$$

从方程中，反应物 A 的级数为 x，来自 A 的浓度 [A]。对于反应物 B，方程中的级数为 y，来自 B 的浓度 [B]。而项 K 是速率系数或速率常数。因此，该反应的净级数可以通过将这两个级数加在一起计算出来。所以，n=x+y 是特定反应的级数。

特征

反应级数有一些特征。反应级数并不总是整数。即使从方程式中，我们也了解到它确实依赖于反应物的浓度来形成产物。但它并不总是遵循这个特征。这意味着有些反应甚至不依赖于反应中存在的反应物浓度。因此，基于此，反应级数有一些特征。反应级数也可以为零，即零级反应，其中反应速率与反应中涉及的化学物质的浓度无关。

还需要知道反应速率也可能受到反应物浓度的负面影响。也就是说，反应速率与反应物浓度成反比。因此，在这种情况下，级数变为负值。

而且反应级数可以是正值，其中速率直接取决于浓度。反应物浓度的增加会增加反应速率。

还有一些情况下，反应速率可以是非整数，这意味着它不会是正值或负值。非整数存在于一些复杂的反应中。

如何找到反应级数？

对于每一个化学反应，反应速率的概念都非常重要。反应级数涉及反应物如何影响特定反应速率的概念。通过了解反应级数，我们可以更加关注将影响化学反应速率的反应物。因此，它不会仅仅通过查看化学方程式就能获得。它需要另一种方法来找到反应级数。

以下方法可用于确定反应级数：

反应级数可以通过以下方法轻松获得。

• 从速率方程 - 通过使用化学反应的速率方程，我们可以找出反应级数。例如，以下速率的级数为：

  速率 = k[A]²，级数为二。

• 通过使反应物加倍 - 使化学方程式中存在的反应物浓度加倍并观察其影响有助于找出反应级数。实验方法始终用于确定级数。

• 微分法 - 该方法也称为初始速率法。因为它涉及通过改变其中一个反应物浓度来确定反应速率，而其余反应物保持不变。

• 图解法 - 在这种方法中，确定只涉及一个反应物的化学反应的方法。如果 A 是所涉及的反应物，绘制一个图，其中 logA 与时间的关系提供一条直线，则它将是一级反应。而 1/A 与时间的关系图是一条直线，则它将是二级反应。

• 积分法 - 使用速率定律的积分形式来确定反应级数。

反应分子数与反应级数的区别

反应分子数和反应级数是处理化学反应的两个重要术语。这两个术语之间的区别如下表所示。

反应分子数	反应级数
它涉及速率决定步骤，其中参与的分子数。	反应速率和反应物的浓度与反应级数有关。
该值始终为整数，不能为负。	化学反应级数的值可以为零、整数、非整数、负数等。
从反应机理中，可以很容易地获得反应分子数的值。	需要采用多种方法以及一些实验和方法来确定级数。
反应分子数的值不会随任何外部环境（如温度和压力）而变化。	级数依赖于诸如温度和压力等事实环境。

零级反应

零级反应或零级反应是不依赖于反应中涉及的化学物质浓度的化学反应。速率方程中反应物的指数为零。

$$\mathrm{Rate=K[reactant]^0=K}$$

对于此类反应，绘制浓度与时间的曲线图。曲线图是：

一个涉及零级反应的反应示例是 N₂ O（一氧化二氮）在 200°C 至 400°C 的温度下分解。反应为：

$$\mathrm{2N_2 O(g)+ Pt\rightarrow 2N_2 (g)+O_2 (g)}$$

一级反应

反应速率仅取决于其中一种反应物的反应称为一级反应。对于此类反应，如果反应物浓度加倍，则反应速率也会加倍。顺铂（用于治疗癌症的药物）的水解是一级反应的一个例子。此类反应的曲线图是：

此类反应的速率方程为：

$$\mathrm{rate=k[A]}$$

二级反应

反应速率依赖于反应物浓度平方的反应称为二级反应。对于反应：

$$\mathrm{2 A \rightarrow products}$$

反应的速率方程将为：

$$\mathrm{rate = k[A]^2}$$

此类反应的一个例子是二氧化氮的分解：

$$\mathrm{2 NO_2 \rightarrow 2 NO + O_2}$$

此类反应的曲线图将是：

伪一级反应

它们是二级反应，但它们的性质类似于一级反应。此类化学反应的速率取决于两种反应物，但另一种反应物浓度的变化非常大，甚至无法确定其外观。乙酸乙酯的水解是伪一级反应的一个例子。

$$\mathrm{CH_3 COOC_2 H_5 + H_2 O \rightarrow CH_3 COOH + C_2 H_5 OH}$$

结论

反应级数与化学方程式的速率有关。速率的知识对于化学反应的进行非常重要。化学反应的级数是浓度值中指数的总和。反应级数具有一定的特征，可以是负值、非整数和正值。它们根据反应级数分为不同的类型；它们是零级、一级、二级、伪级等。可以采用多种方法来确定反应级数。反应分子数也是一个与反应级数类似的术语，与化学反应有关。但它们是完全不同的术语。

常见问题

1. 给出一个三级反应的例子？

反应 Fe + Br₂ → FeBr₂ 是三级反应的一个例子。

2. 什么是反应的半衰期？

反应物初始浓度减少一半所需的时间是反应的半衰期。

3. 一级反应的速率常数单位是什么？

s^-1是一级反应速率常数的单位。

4. 二级反应的速率常数单位是什么？

mol^-1 s^-1是二级反应速率常数的单位。

5. n级反应的速率常数单位是什么？

(molL^-1 )^1-n s^-1是n级反应速率常数的单位。