2.2 浓度与反应速率

实验证明，在给定温度条件下，瞬时反应速率与反应物（固体或纯液体除外）的浓度成正比。反应速率与反应物浓度的关系，称为瞬时速率方程。对于反应 a A＋ b B 产物，它的瞬时速率方程一般写为

瞬时速率方程式里 k 称为反应速率常数，即反应物浓度为单位浓度（1 mol/L）时的反应速率。 k 受温度和催化剂等因素的影响，与反应物浓度无关。浓度的次方项 α ， β 称为该反应物的反应级数，如 α ＝2， β ＝1，则对反应物A来说是二级反应；对反应物B来说是一级反应，反应的总级数等于 α ＋ β ＝3。

特别注意，对于绝大多数反应而言，反应级数要由实验确定，不能直接按化学方程式的系数写出。由表2.1可以看出，反应级数和方程式配平系数不一致，它可以是整数，可以是分数，甚至可以是零。对于某反应，要正确写出瞬时速率方程表示浓度与反应速率的关系，必须由实验测定速率常数和反应级数。

【例2.1】 在1 073 K时，对反应2NO＋2H ₂ N ₂ ＋2H ₂ O进行了反应速率的实验测定，有关数据如下：

（1）写出反应速率与反应物浓度的关系式，即反应瞬间速率方程式；

（2）计算这个反应在1 073 K时的反应速率常数；

（3）当 c （NO）＝4.00×10 ^-3 mol/L， c （H ₂ ）＝5.00×10 ^-3 mol/L时，计算这个反应在1 073 K时的反应速率。

解： （1）从实验标号1到3可以看出，当 c （NO）保持不变， c （H ₂ ）增加到原来浓度的2倍时， v 增加到原来速率的2倍； c （H ₂ ）增加到原来的3倍时， v 也增加到原来的3倍。这种变化关系表明 v 与 c （H ₂ ）成正比，即 v ∝ c （H ₂ ）。

从实验标号4到6可以看出，当 c （H ₂ ）保持不变， c （NO）增加到原来浓度的2倍时， v 增加到原来速率的4倍； c （NO）增加到原来的3倍时， v 增加到原来的9倍。这种变化关系表明 v 与 c （NO） ² 成正比，即 v ∝ c （NO） ² 。

将两式合并，得

v ∝ c （NO） ² · c （H ₂ ）

即

v ＝ kc （NO） ² · c （H ₂ ）

（2）将实验标号4的数据代入上式，则

0.48×10 ^-3 mol/（L·s）＝ k （1.00×10 ^-3 mol/L） ² ·6.00×10 ^-3 mol/L

k ＝8.0×10 ⁴ L ² /（mol ² ·s）

（3）当 c （NO）＝4.00×10 ^-3 mol/L， c （H ₂ ）＝5.00×10 ^-3 mol/L时，则

此外，反应总级数还会影响反应速率常数 k 的单位，规律见表2.2。