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化学动力学工作者除了直接研究反应速率、测定反应级数、速率常数之外，还在此基础上研究反应机理。化学反应的速率与反应的机理密切相关，而速率方程式就由反应机理决定；所谓反应机理，就是对反应历程的描述，简单地说就是该反应需要几步来完成。有些化学反应的历程很简单，反应物分子相互碰撞，一步就起反应而转化为生成物，这类反应称为基元反应。但大多数化学反应的历程较为复杂，反应物分子至少要经过两步才能转化为生成物，换言之就是这类反应由两个或两个以上的基元反应构成，称之为复杂反应或非基元反应。
在复杂反应中，各步反应的速率是不一样的，整个复杂反应的反应速率取决于速率最慢的那一步反应，最慢的一步反应控制总反应的速率，因此被称为速控步骤。例如反应H
2
＋I
2
2HI，反应机理为
① I
2
2I （快）
②2I＋H
2
2HI （慢）
式①是快反应，式②是慢反应，因此2I＋H
2
2HI是整个反应的速控步骤（定速步骤）。
在基元反应中，参加反应的反应物微粒（包括分子、原子、离子等）的数目，称为该基元反应的反应分子数。根据反应分子数可将基元反应分为单分子反应、双分子反应和三分子反应。
单分子反应：SO
2
Cl
SO
2
＋Cl
2
双分子反应：NO
2
＋CO
NO＋CO
2
三分子反应：H
2
＋2I
2HI
基元反应只有这3种类型，也就是说反应分子数只能取1，2，3中的一个数值。其中绝大多数是单分子反应和双分子反应，三分子反应是很少见的。
对于一个基元反应，在恒温时，反应速率与反应物浓度次方的乘积成正比，各浓度的次方项与反应物在反应方程中的系数相一致。这个规律称为质量作用定律。如基元反应
a
A＋
b
B
产物，速率方程式为
质量作用定律仅适用于基元反应。复杂反应由多步基元反应组成，总反应方程式不能表现出反应的机理，反应速率取决于速控步骤。因此，反应级数必须由实验测定，而与方程式中的系数没有必然联系。