一、定義:
反應速率與各反應物濃度(或分壓)間的數學關係式,稱為速率定律;速率定律需由實驗數據推求之。
- 一般式:對於反應
aA + bB → cC + dD,速率定律可寫成
r = k[A]m[B]n;
若以分壓表示(氣相),可寫成
r' = k'PAm PBn。
速率常數單位與總反應級數(以濃度或分壓表示)
| 反應總級數 n |
以濃度 (M) 表示的 k 單位 |
以分壓 (atm) 表示的 k′ 單位 |
| 0 | M·s−1 | atm·s−1 |
| 1 | s−1 | s−1 |
| 2 | M−1·s−1 | atm−1·s−1 |
| 3 | M−2·s−1 | atm−2·s−1 |
| n | M1−n·s−1 | atm1−n·s−1 |
二、表示法:
- 速率定律
(1) r ∝ [A]x;(2) r ∝ [B]y;故 r = k[A]x[B]y。
氣相可寫 r' = k'PAmPBn。
- m、n 稱為反應級數
m、n 由實驗決定,與化學方程式係數不必相同;可為 0、正整數、分數或負數。m+n 為總級數;級數愈大,濃度(或分壓)對速率影響愈大。
- k、k′為速率常數:反應速率與濃度(分壓)關係式間的比例常數;受「反應物本性、溶劑種類、溫度、催化劑」影響;與「反應物濃度、壓力、反應熱 ΔH」無關。
常見反應與其速率定律(由實驗決定)
| 反應式 | 速率定律 |
| H2(g) + I2(g) → 2HI(g) | r = k[H2][I2] |
| 2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g) | r = k[HI]2 |
| 2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g) | r = k[N2O5] |
| CH3CHO(g) ⇌ CH4(g) + CO(g) | r = k[CH3CHO]3/2 |
| BrO3− + 5Br− + 6H+ → 3Br2 + 3H2O | r = k[BrO3−][Br−]2[H+]2 |
| H2O2 + I− + 2H+ → I2 + 2H2O | r = k[H2O2][I−] |
三、速率定律的推求
實驗數據(推求級數)
| [NO] / M | [H2] / M | 速率 / (M·s−1) |
| 0.10 | 0.10 | 1.2×10−3 |
| 0.10 | 0.20 | 2.4×10−3 |
| 0.20 | 0.20 | 9.6×10−3 |
- 速率定律(以 2NO(g)+2H2(g)→N2(g)+2H2O(g) 為例)
固定其中一物種濃度、只改變另一物種,觀察速率成倍關係:
- [H2] 加倍,速率加倍 ⇒ 對 H2 為一次;
- 在 [H2] 固定時,[NO] 加倍,速率變 4 倍 ⇒ 對 NO 為二次。
故 r = k[H2][NO]2。
- 速率常數
代入任一列實驗:當 [NO]=[H2]=0.10 M、速率 = 1.2×10−3 M·s−1,
1.2×10−3 = k(0.10)(0.10)2,得 k = 1.2 M−2·s−1。