化学反应的顺序

的化学反应的顺序定义为特定化学反应速率方程中反应物浓度的幂之和。

考虑一下一般的反应:

$aA+bB \右tarrow cC+dD。$

假设该反应的速率表达式为:

$-r_a作为xB = kA ^ ^ y。$

在这里, $x$而且 $y$表示反应速率对A和b的浓度变化有多敏感。因此，反应的顺序为 $X + y$．注意 $x$而且 $y$可能不分别对应于A和B的化学计量系数。

计算有速率表达式的反应的总阶数

$k{[一]}^{\压裂{1}{2}}{[B]} ^{\压裂{3}{2}}。$

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在给定的速率定律方程中，反应物浓度的幂 ${一}$而且 ${B}$是 $\压裂{1}{2}$而且 $\压裂{3}{2}$分别。因此反应的顺序是

$\ \压裂{1}{2}+压裂{3}{2}= 2。$

反应的阶数是实验确定的量。它只对应于基本反应(只发生一步的反应)的化学计量系数。复杂反应发生在一系列基本反应(多个步骤)中。有些步骤非常快，因为它们不需要太多的能量。这些步骤不影响总体反应速率。因此反应的速率主要是由反应中最慢的一步决定的。在复杂反应的情况下，反应的阶数对应于这个速率决定步骤的化学计量系数。

因此，反应的顺序给出了整个反应机制中决定反应速率步骤的化学计量学细节。

在某些情况下，反应物的反应级数可以是负的。在超过氧气的情况下，臭氧转化为氧气的顺序是负的，可以在以下速率定律中看到;

$-r_a = k \压裂{(O_3) ^ 2}{(成分)}。$

反应机理如下:

$\begin{aligned} O_3 &\to O_2+O^。&\qquad (\text{快速平衡})\\ O_3+O^。& \ 2提取成分。&\qquad (\text{速率决定})\end{aligned}$

对于第一反应，我们有

$k_1 = \压裂{[成分][O ^。】}{(O_3)},$

在哪里 $k_1$是平衡常数。

由速率确定步骤可得到速率规律:

$-r_a = k_2 [O_3] [O ^。]。$

获得 $(O ^。)$从第一个方程，

$[O ^。]= k \压裂{(O_3)}{(成分)}。$

把这个代入速率方程，结合两个常数得到

$-r_a = k \压裂{(O_3) ^ 2}{(成分)}。\ _ \广场$

如果反应速率不是简单地与反应物浓度的某次方成正比，那么反应也可以有关于反应物的反应顺序。

反应物的反应顺序是什么 $一个$而且 $B$具有以下速率定律:

$-r_a = \压裂{k_1C_aC_b} {(1 + k_2C_a + k_3C_b) ^ 2} ?$

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上述速率表达式过于复杂，无法与简单的速率定律联系起来。所以反应的阶数在这里没有定义。

根据反应物浓度的不同，一个反应可以有多个阶。例如，有速率定律的反应

$-r_a = \压裂{k_1C} {1 + k_2C}$

发现反应物浓度高时，反应开始阶段为零级，而反应物浓度低时，反应结束阶段为一级。

零级反应的速率与反应物的浓度无关。这种反应的速率定律是

$-r_a = kC_a ^ 0 = k。$

对于定容系统，

$-r_a = - \压裂{直流}{dt} = k。$

分离变量并对其积分，我们得到

$C = kt + N,$

N是积分常数，它的值是多少 $C = C_0$在 $t = 0$，这就给出 $N = C_0$．

那么最终的积分速率表达式为

$C = C_0-kt。$

例子:
分解 $N_2O$在铂金表面 $甲烷、$而且 $提取成分$．这里铂表面作为催化剂，也控制反应的速度。如果我们增加浓度对速率也没有影响 $N_2O$，除非我们保持铂的表面积不变:

$2 n_2o \ 2甲烷+成分。$

．一个一级反应反应速率与单个反应物的浓度成正比。考虑液相一级反应

$A+B \到C+D。$

这个反应的速率方程是 $-r_a = kC_a$．由于为液相反应

$r = \压裂{dN} {Vdt} = \压裂{d (N / V)} {dt} = \压裂{直流}{dt},$

对于上面的一阶反应，我们有

$- \压裂{直流}{dt} = kC。$

这个方程叫做微分速率方程一阶方程。分离变量并积分

$\{对齐}-开始\压裂{直流}{C} & = kdt \ \ - \ ln C = kt + N,结束\{对齐}$

N是积分常数。它的价值可以通过注意 $t=0 \表示C=C_0，$

这给了 $N = - \ ln (C_0)。$

把这个代入主方程，重新排列得到一阶积分速率方程

$\ ln (C / C_0) = kt,$

或者指数形式

$C = C_0e ^ {kt}。$

也就是说，反应物的浓度随时间呈指数下降。

考虑一个基本反应

$A + B \ C。$

速率表达式可以写成

$C_aC_b -r_a k = ^。$

如果其中一个反应物 $B$的浓度相对较高，在整个反应过程中，其浓度变化很小，可以假设其值为常数，有效地进行了一级反应 $一个。$这种类型的反应称为伪一阶反应:

$-r_a = (k ^, C_b) C_a = kC_a,$

在哪里 $k$是一个新的常数。

二级反应涉及同时测定两种反应物的浓度。这种伪一阶反应的方法在研究化学动力学．如果其中一种反应物价格昂贵，那么另一种反应物可以过量使用，并且相对于第一种反应物的反应顺序可以很容易地确定。

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