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 m A + n B → C {\displaystyle mA+nB\rightarrow C} ,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]
r = − 1 m d [ A ] d t = k [ A ] x [ B ] y {\displaystyle r=-{\frac {1}{m}}{\frac {d[A]}{dt}}=k\ [A]^{x}[B]^{y}} 在这个方程中, [ X ] {\displaystyle [X]} 表示一种给定的反应物 X {\displaystyle X} 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)。 k {\displaystyle k} 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 x {\displaystyle x} 、 y {\displaystyle y} 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 [ X ] {\displaystyle [X]} 与时间 t {\displaystyle t} 的函数关系式。
表中, M {\displaystyle M} 代表莫耳浓度 ( m o l / L {\displaystyle mol/L} ), t {\displaystyle t} 代表时间, k {\displaystyle k} 代表反应的速率常数 。所说的“二级反应”和“ n {\displaystyle n} 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 n {\displaystyle \ n} 成正比。
考慮到微分定律式:
− d [ A ] d t = k [ A ] {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]} 經過一翻整理可得:
d [ A ] [ A ] = − k d t {\displaystyle {\frac {d[A]}{[A]}}=-{k\,dt}} ∫ d [ A ] [ A ] = − ∫ k d t {\displaystyle \int {\frac {d[A]}{[A]}}=-\int {k\,dt}} l n [ A ] = − k t + C {\displaystyle ln{[A]}=-kt+C} 其中 C {\displaystyle C} 為不定積分常數 。接著,帶入初始條件 [ A ] ( 0 ) = [ A ] 0 {\displaystyle [A](0)=[A]_{0}} (即初始濃度為 [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{0}} )並經過化減可得:
[ A ] = [ A ] 0 e − k t {\displaystyle [A]=[A]_{0}e^{-kt}} n {\displaystyle n} 級反應(對於 n ≠ 1 {\displaystyle n\neq 1} )[ 编辑 ] 同樣地,考慮到微分定律式:
− d [ A ] d t = k [ A ] n {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]^{n}} 而其中的 n ≠ 1 {\displaystyle n\neq 1} ,經過整理可得:
d [ A ] [ A ] n = − k d t {\displaystyle {\frac {d[A]}{[A]^{n}}}=-{k\,dt}} ∫ d [ A ] [ A ] n = − ∫ k d t {\displaystyle \int {\frac {d[A]}{[A]^{n}}}=-\int {k\,dt}} [ A ] − n + 1 − n + 1 = − k t + C {\displaystyle {\frac {[A]^{-n+1}}{-n+1}}=-kt+C} 1 [ A ] n − 1 = ( n − 1 ) k t + C {\displaystyle {\frac {1}{[A]^{n-1}}}=(n-1)kt+C} 接著,帶入初始條件 [ A ] ( 0 ) = [ A ] 0 {\displaystyle [A](0)=[A]_{0}} (即初始濃度為 [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{0}} )可得:
1 [ A ] 0 n − 1 = ( n − 1 ) k ⋅ 0 + C {\displaystyle {\frac {1}{[A]_{0}^{n-1}}}=(n-1)k\cdot 0+C} C = 1 [ A ] 0 n − 1 {\displaystyle C={\frac {1}{[A]_{0}^{n-1}}}} 1 [ A ] n − 1 = 1 [ A ] 0 n − 1 + ( n − 1 ) k t {\displaystyle {\frac {1}{[A]^{n-1}}}={\frac {1}{{[A]_{0}}^{n-1}}}+(n-1)kt} 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: s A + t B ⇌ u X + v Y {\displaystyle sA+tB\rightleftharpoons uX+vY} 假设正向反应速率之速率常數为 k 1 {\displaystyle k_{1}} ,逆向反应速率之速率常數为 k − 1 {\displaystyle k_{-1}} 。因此,正向反应的净速率是正、逆反应速率的代数和,即:
r = k 1 [ A ] s [ B ] t − k − 1 [ X ] u [ Y ] v {\displaystyle r={k_{1}[A]^{s}[B]^{t}}-{k_{-1}[X]^{u}[Y]^{v}}} k 1 {\displaystyle k_{1}} 与 k − 1 {\displaystyle k_{-1}} 又恰好能与反应的平衡常数 K {\displaystyle K} 通过下列关系联系起来: k 1 [ A ] s [ B ] t = k − 1 [ X ] u [ Y ] v {\displaystyle {k_{1}[A]^{s}[B]^{t}=k_{-1}[X]^{u}[Y]^{v}}\,} K = [ X ] u [ Y ] v [ A ] s [ B ] t = k 1 k − 1 {\displaystyle K={\frac {[X]^{u}[Y]^{v}}{[A]^{s}[B]^{t}}}={\frac {k_{1}}{k_{-1}}}}
A ( A 0 = 0.25 M {\displaystyle \ A(A_{0}=0.25M} ) 与 B {\displaystyle \ B} 发生的可逆反应的 c − t {\displaystyle \ c-t} 图。正向和逆向反应的速率分别为 2 m i n − 1 {\displaystyle \ 2min^{-1}} 和 1 m i n − 1 {\displaystyle \ 1min^{-1}} 。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: A ⇌ B {\displaystyle A\rightleftharpoons B} 达到平衡时的平衡常数 K {\displaystyle K} 可以表示为: K = d e f k 1 k − 1 = [ B ] e [ A ] e {\displaystyle K\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\frac {k_{1}}{k_{-1}}}={\frac {\left[B\right]_{e}}{\left[A\right]_{e}}}} 其中, [ A ] e {\displaystyle [A]_{e}} 和 [ B ] e {\displaystyle [B]_{e}} 分别为 A {\displaystyle A} 和 B {\displaystyle B} 的平衡浓度。假设, B {\displaystyle B} 的初始浓度 [ B ] 0 = 0 {\displaystyle [B]_{0}=0} ,而且达到平衡时,反应物 A {\displaystyle A} 已反应成 B {\displaystyle B} 的浓度为 X {\displaystyle X} ,于是有: [ A ] e = [ A ] 0 − X {\displaystyle \ [A]_{e}=[A]_{0}-X} [ B ] e = X {\displaystyle \ [B]_{e}=X} 代入上面的定义式: k − 1 k 1 = [ A ] e [ B ] e = [ A ] 0 − X X {\displaystyle {\frac {k_{-1}}{k_{1}}}={\frac {[A]_{e}}{[B]_{e}}}={\frac {[A]_{0}-X}{X}}} 整理得: [ B ] e = X = k 1 k 1 + k − 1 [ A ] 0 {\displaystyle \ [B]_{e}=X={\frac {k_{1}}{k_{1}+k_{-1}}}[A]_{0}} [ A ] e = [ A ] 0 − X = k − 1 k 1 + k − 1 [ A ] 0 {\displaystyle \ [A]_{e}=[A]_{0}-X={\frac {k_{-1}}{k_{1}+k_{-1}}}[A]_{0}} A {\displaystyle A} 的净消耗速率为: − d [ A ] d t = k 1 [ A ] − k − 1 [ B ] = k 1 [ A ] − k − 1 ( [ A ] 0 − [ A ] ) {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k_{1}[A]-k_{-1}[B]=k_{1}[A]-k_{-1}([A]_{0}-[A])} t = ∞ {\displaystyle t=\infty } 时,反应达到平衡, A {\displaystyle A} 的净消耗速率为零,即: − d [ A ] e d t = k 1 [ A ] e − k − 1 ( [ A ] 0 − [ A ] e ) = 0 {\displaystyle -{\frac {d[A]_{e}}{dt}}=k_{1}[A]_{e}-k_{-1}([A]_{0}-[A]_{e})=0} 上上式减上式,可得: − d [ A ] d t = k 1 ( [ A ] − [ A ] e ) + k − 1 ( [ A ] − [ A ] e ) = ( k 1 + k − 1 ) ( [ A ] − [ A ] e ) {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k_{1}([A]-[A]_{e})+k_{-1}([A]-[A]_{e})=(k_{1}+k_{-1})([A]-[A]_{e})} 当 [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{0}} 一定时, [ A ] e {\displaystyle [A]_{e}} 为常量,于是有: d [ A ] d t = d ( [ A ] − [ A ] e ) d t {\displaystyle {\frac {d[A]}{dt}}={\frac {d([A]-[A]_{e})}{dt}}} 将上式代入上上式,得: − d ( [ A ] − [ A ] e ) d t = ( k 1 + k − 1 ) ( [ A ] − [ A ] e ) {\displaystyle -{\frac {d([A]-[A]_{e})}{dt}}=(k_{1}+k_{-1})([A]-[A]_{e})} [ A ] − [ A ] e = Δ [ A ] {\displaystyle [A]-[A]_{e}=\Delta [A]} 称为反应物 A {\displaystyle A} 的距平衡浓度差。
进行分离变数积分,可以得到: ∫ [ A ] 0 [ A ] d ( [ A ] − [ A ] e ) [ A ] − [ A ] e = ∫ 0 t ( k 1 + k − 1 ) d t {\displaystyle \int _{[A]_{0}}^{[A]}{\frac {d([A]-[A]_{e})}{[A]-[A]_{e}}}=\int _{0}^{t}(k_{1}+k_{-1})dt} l n ( [ A ] 0 − [ A ] e [ A ] t − [ A ] e ) = ( k 1 + k − 1 ) t … ( 1 ) {\displaystyle \ ln({\frac {[A]_{0}-[A]_{e}}{[A]_{t}-[A]_{e}}})=(k_{1}+k_{-1})t\qquad \qquad \ldots (1)} 从上式可以看出,平衡反应的 ln ( [ A ] − [ A ] e ) − t {\displaystyle \ln {([A]-[A]_{e})}-t} 图为一直线,由直线斜率可求出 k 1 + k − 1 {\displaystyle k_{1}+k_{-1}} ,然后再根据实验测得的 A e {\displaystyle A_{e}} / B e {\displaystyle B_{e}} ,就可以求得 K {\displaystyle K} 和 k 1 k − 1 {\displaystyle {\frac {k_{1}}{k_{-1}}}} ,与上面的 k 1 + k − 1 {\displaystyle k_{1}+k_{-1}} 联立便可以解出 k 1 {\displaystyle k_{1}} 和 k − 1 {\displaystyle k_{-1}} 。[ 3]
或者,将 x {\displaystyle x} 定义为反应后某一时刻已经转化为 B {\displaystyle B} 的 A {\displaystyle A} 的浓度,则: − d [ A ] d t = d x d t = k 1 [ A ] t − k − 1 [ B ] t = k 1 ( [ A ] 0 − x ) − k − 1 x {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}={\frac {dx}{dt}}=k_{1}[A]_{t}-k_{-1}[B]_{t}=k_{1}([A]_{0}-x)-k_{-1}x} 整理,可得某一时刻反应物 A {\displaystyle A} 的浓度 [ A ] t {\displaystyle [A]_{t}} 的表达式: d t d x = 1 k 1 [ A ] 0 − x ( k 1 + k − 1 ) {\displaystyle {\frac {dt}{dx}}={\frac {1}{k_{1}[A]_{0}-x(k_{1}+k_{-1})}}} t = − 1 k 1 + k − 1 [ ln ( k 1 [ A ] 0 − x ( k 1 + k − 1 ) ) − ln ( k 1 [ A ] 0 ) ] {\displaystyle t=-{\frac {1}{k_{1}+k_{-1}}}[\ln {(k_{1}[A]_{0}-x(k_{1}+k_{-1}))-\ln {(k_{1}[A]_{0})}}]} [ A ] t = k 1 [ A ] 0 e − ( k 1 + k − 1 ) t + k − 1 [ A ] 0 k 1 + k − 1 … ( 2 ) {\displaystyle [A]_{t}={\frac {k_{1}[A]_{0}e^{-(k_{1}+k_{-1})t}+k_{-1}[A]_{0}}{k_{1}+k_{-1}}}\qquad \qquad \ldots (2)} t = ∞ {\displaystyle t=\infty } 时,得到 [ A ] e = k − 1 [ A ] 0 k 1 + k − 1 {\displaystyle [A]_{e}={\frac {k_{-1}[A]_{0}}{k_{1}+k_{-1}}}} ,与上面的结果相吻合。将这些结果代入 ln ( [ A ] 0 − [ A ] e [ A ] t − [ A ] e ) {\displaystyle \ln({\frac {[A]_{0}-[A]_{e}}{[A]_{t}-[A]_{e}}})} ,化简之后得到 ( k 1 + k − 1 ) t {\displaystyle (k_{1}+k_{-1})t} ,与上面(1)式结果相同。
为了求得反应的半衰期,令 [ A ] t = 1 2 [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{t}={\frac {1}{2}}[A]_{0}} ,将其代入上面(1)式或(2)式,可以得到: t 1 2 = 1 k 1 + k − 1 ln 2 k 1 k 1 − k − 1 {\displaystyle t_{\tfrac {1}{2}}={\frac {1}{k_{1}+k_{-1}}}\ln {\frac {2k_{1}}{k_{1}-k_{-1}}}} 如果反应的 K {\displaystyle K} 值很大,那么 k 1 >> k − 1 {\displaystyle k_{1}>>k_{-1}} , t 1 2 = 1 k 1 + k − 1 ln 2 {\displaystyle t_{\tfrac {1}{2}}={\frac {1}{k_{1}+k_{-1}}}\ln {2}} 。
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 : CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↽ − − ⇀ CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O {\displaystyle {\ce {CH3COOH + C2H5OH <=> CH3COOC2H5 + H2O}}} 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 (又称串联反应、连串反应)指的是如下类型的化学反应: A → k 1 B → k 2 C {\displaystyle A{\xrightarrow {k_{1}}}B{\xrightarrow {k_{2}}}C} 第一个反应产生的 B {\displaystyle B} 又可以再起反应生成 C {\displaystyle C} 。反应的速率方程一般形式为:
对反应物 A {\displaystyle A} 而言: d [ A ] d t = − k 1 [ A ] … ( 3 ) {\displaystyle {\frac {d[A]}{dt}}=-k_{1}[A]\qquad \qquad \ldots (3)} 对中间体 B {\displaystyle B} 而言: d [ B ] d t = k 1 [ A ] − k 2 [ B ] … ( 4 ) {\displaystyle {\frac {d[B]}{dt}}=k_{1}[A]-k_{2}[B]\qquad \qquad \ldots (4)} 对产物 C {\displaystyle C} 而言: d [ C ] d t = k 2 [ B ] … ( 5 ) {\displaystyle {\frac {d[C]}{dt}}=k_{2}[B]\qquad \qquad \ldots (5)} 对 ( 3 ) {\displaystyle (3)} 式积分,得: [ A ] t = [ A ] 0 e − k 1 t … ( 6 ) {\displaystyle [A]_{t}=[A]_{0}e^{-k_{1}t}\qquad \qquad \ldots (6)}
将 ( 6 ) {\displaystyle (6)} 式代入 ( 4 ) {\displaystyle (4)} 式,得: d [ B ] d t + k 2 [ B ] = k 1 [ A ] 0 e − k 1 t {\displaystyle {\frac {d[B]}{dt}}+k_{2}[B]=k_{1}[A]_{0}e^{-k_{1}t}}
对其进行积分:
[ B ] e ∫ 0 t k 2 d t = ∫ 0 t k 1 [ A ] 0 e − k 1 t e ∫ 0 t k 2 d t d t {\textstyle [B]e^{\int _{0}^{t}k_{2}dt}=\int _{0}^{t}k_{1}[A]_{0}e^{-k_{1}t}e^{\int _{0}^{t}k_{2}dt}dt} [ B ] e k 2 t = ∫ 0 t k 1 [ A ] 0 e − k 1 t e k 2 t d t = k 1 [ A ] 0 k 2 − k 1 [ e ( k 2 − k 1 ) t − 1 ] {\displaystyle [B]e^{k_{2}t}=\int _{0}^{t}k_{1}[A]_{0}e^{-k_{1}t}e^{k_{2}t}dt={\frac {k_{1}[A]_{0}}{k_{2}-k_{1}}}[e^{(k_{2}-k_{1})t}-1]} [ B ] = [ A ] 0 k 1 k 2 − k 1 ( e − k 1 t − e − k 2 t ) … ( 7 ) {\displaystyle [B]=[A]_{0}\ {\frac {k_{1}}{k_{2}-k_{1}}}(e^{-k_{1}t}-e^{-k_{2}t})\qquad \qquad \ldots (7)} 由于
[ A ] + [ B ] + [ C ] = [ A ] 0 {\displaystyle [A]+[B]+[C]=[A]_{0}} [ C ] = [ A ] 0 − [ A ] − [ B ] {\displaystyle [C]=[A]_{0}-[A]-[B]} 将 ( 6 ) {\displaystyle (6)} 和 ( 7 ) {\displaystyle (7)} 式代入,可得: [ C ] = [ A ] 0 k 2 − k 1 [ k 2 ( 1 − e − k 1 t ) − k 1 ( 1 − e − k 2 t ) ] = [ A ] 0 ( 1 + k 1 e − k 2 t − k 2 e − k 1 t k 2 − k 1 ) {\displaystyle [C]={\frac {[A]_{0}}{k_{2}-k_{1}}}[k_{2}(1-e^{-k_{1}t})-k_{1}(1-e^{-k_{2}t})]=[A]_{0}(1+{\frac {k_{1}e^{-k_{2}t}-k_{2}e^{-k_{1}t}}{k_{2}-k_{1}}})}
这样, [ A ] {\displaystyle [A]} 、 [ B ] {\displaystyle [B]} 、 [ C ] {\displaystyle [C]} 三个浓度就都可以求出了。如果中间体 B {\displaystyle B} 是目标产物,则 [ B ] {\displaystyle [B]} 达到最大值时(最佳时间)就必须终止反应。通过将 ( 7 ) {\displaystyle (7)} 式对 t {\displaystyle t} 取导数,令其为0,可以求出中间体 B {\displaystyle B} 的最佳时间 t max {\displaystyle t_{\mbox{max}}} 和 B {\displaystyle B} 的最大浓度 [ B ] max {\displaystyle [B]_{\mbox{max}}} :
t max = ln k 1 k 2 k 1 − k 2 {\displaystyle t_{\mbox{max}}={\frac {\ln {\dfrac {k_{1}}{k_{2}}}}{k_{1}-k_{2}}}} , [ B ] max = [ A ] 0 ( k 1 k 2 ) k 2 k 2 − k 1 {\displaystyle [B]_{\mbox{max}}=[A]_{0}\left({\frac {k_{1}}{k_{2}}}\right)^{\dfrac {k_{2}}{k_{2}-k_{1}}}} 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: C 3 H 6 → O 2 CH 3 COCH 3 → O 2 CH 3 COOH {\displaystyle {\ce {C3H6 ->[O_2] CH3COCH3 ->[O_2] CH3COOH}}} 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 → H 2 S O 4 {\displaystyle \ \ {\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}\ } 一磺化物 → H 2 S O 4 {\displaystyle \ \ {\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}\ } 二磺化物 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。
A { → k 1 B → k 2 C {\displaystyle A{\begin{cases}\ {\xrightarrow {k_{1}}}\ B\\\ {\xrightarrow {k_{2}}}\ C\end{cases}}} 如果两个平行反应都是一级反应,则三个速率方程分别为:
− d [ A ] d t = ( k 1 + k 2 ) [ A ] {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=(k_{1}+k_{2})[A]} d [ B ] d t = k 1 [ A ] {\displaystyle \ {\frac {d[B]}{dt}}=k_{1}[A]} d [ C ] d t = k 2 [ A ] {\displaystyle \ {\frac {d[C]}{dt}}=k_{2}[A]} 对其积分可以得到 [ A ] {\displaystyle [A]} 、 [ B ] {\displaystyle [B]} 和 [ C ] {\displaystyle [C]} 的表达式:
[ A ] = [ A ] 0 e − ( k 1 + k 2 ) t {\displaystyle \ [A]=[A]_{0}e^{-(k_{1}+k_{2})t}} [ B ] = k 1 k 1 + k 2 [ A ] 0 ( 1 − e − ( k 1 + k 2 ) t ) {\displaystyle [B]={\frac {k_{1}}{k_{1}+k_{2}}}[A]_{0}(1-e^{-(k_{1}+k_{2})t})} [ C ] = k 2 k 1 + k 2 [ A ] 0 ( 1 − e − ( k 1 + k 2 ) t ) {\displaystyle [C]={\frac {k_{2}}{k_{1}+k_{2}}}[A]_{0}(1-e^{-(k_{1}+k_{2})t})} 一个比较重要的关系式是: [ B ] [ C ] = k 1 k 2 {\displaystyle {\frac {[B]}{[C]}}={\frac {k_{1}}{k_{2}}}} ,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 A {\displaystyle A} 在发生二级反应 A + R → C {\displaystyle A+R\rightarrow C} 的同时,还有少量 A {\displaystyle A} 发生水解 (可以看作准一级反应): A + H 2 O → B {\displaystyle A+H_{2}O\rightarrow B} 。因此,反应的速率方程为:
d [ B ] d t = k 1 [ A ] [ H 2 O ] = k 1 ′ [ A ] {\displaystyle {\frac {d[B]}{dt}}=k_{1}[A][H_{2}O]=k_{1}'[A]} , k 1 ′ {\displaystyle k_{1}'} 代表假一级反应常数 d [ C ] d t = k 2 [ A ] [ R ] {\displaystyle {\frac {d[C]}{dt}}=k_{2}[A][R]} 通过假设 [ A ] 0 − [ C ] ≈ [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{0}-[C]\approx [A]_{0}} ,在对上述式子积分后,可以得出主要产物 C {\displaystyle C} 的浓度 [ C ] {\displaystyle [C]} 和副产物 B {\displaystyle B} 的浓度 [ B ] {\displaystyle [B]} :
[ C ] = [ R ] 0 [ 1 − e − k 2 k 1 ′ [ A ] 0 ( 1 − e − k 1 ′ t ) ] {\displaystyle [C]=[R]_{0}[1-e^{-{\frac {k_{2}}{k_{1}'}}[A]_{0}(1-e^{-k_{1}'t})}]} l n [ R ] 0 [ R ] 0 − [ C ] = k 2 [ A ] 0 k 1 ′ ( 1 − e − k 1 ′ t ) {\displaystyle ln{\frac {[R]_{0}}{[R]_{0}-[C]}}={\frac {k_{2}[A]_{0}}{k_{1}'}}(1-e^{-k_{1}'t})} [ B ] = − k 1 ′ k 2 l n ( 1 − [ C ] [ R ] 0 ) {\displaystyle [B]=-{\frac {k_{1}'}{k_{2}}}ln(1-{\frac {[C]}{[R]_{0}}})} 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 主要有以下三种方式:
微分法:对 − d [ A ] d t = k [ A ] n {\displaystyle \ -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]^{n}} 求对数 ,得到: ln ( d [ A ] d t ) = ln k + n ln [ A ] {\displaystyle \ln {\left({\frac {d[A]}{dt}}\right)}=\ln {k}+n\ln {[A]}} ,然后取若干个不同的初始浓度 [ A ] 0 {\displaystyle [A]_{0}} ,分别从 [ A ] − t {\displaystyle [A]-t} 图上求出相应的斜率 d [ A ] 0 d t {\displaystyle {\frac {d[A]_{0}}{dt}}} ,求出 ln ( − d [ A ] 0 d t ) − ln [ A ] 0 {\displaystyle \ln {\left(-{\frac {d[A]_{0}}{dt}}\right)}-\ln {[A]_{0}}} 直线的斜率,并进一步求出反应物 A {\displaystyle A} 的反应级数。 尝试法/试差法:分别将某一化学反应的 [ A ] {\displaystyle [A]} 和 t {\displaystyle t} 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。 ^ 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.