反應級數之測定

反應級數 (Order of Reaction)之測定
國立三重高級中學化學科許余任老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

化學反應的快慢是以單位時間內反應物減少的量或產物增加的量作為判斷的依據。

簡單的反應A + B → C為例，
反應速率r = -d[A]/dt；

速率定律式(Rate law)為r = k[A]^m[B]ⁿ

[A]與[B]分別表示反應物A與反應物B的濃度，m與n各為A與B的反應級數(rate order)，不過不一定等於平衡方程式中化學計量的係數，需由實驗結果決定。反應級數的測定主要有以下兩種方式：

1. 初期反應速率法(Initial rate method)

反應初速率指反應物剛混合進行反應的極短時間，某反應物或產物單位時間內的濃度變化近似於反應速率。

初期反應速率法是只改變反應中單一種反應物的起始濃度，保持其他反應物的濃度不變，在相同反應條件下進行一系列的實驗，探討此反應物之濃度對反應速率的影響。

2. 積分作圖法(Graphical method)

以單反應物之化學反應為例：A → C

2-1零級反應的反應速率為

將此將式一對時間積分，得到零級反應的積分速率式：

[A]_t = -kt + [A]₀        （式二）

[A]_t代表此反應物在某一時間點的濃度，[A]₀代表此反應物的起始濃度。如果以反應物濃度[A]_t對反應時間t作圖的話，零級反應的圖形將是一條直線，此條直線的斜率就是反應速率常數k的負值。

2-2一級反應的反應速率為

將此將式三對時間積分，得到一級反應的積分速率式：

ln[A]_t = -kt + ln[A]₀    （式四）

如果以反應物濃度ln[A]_t對反應時間t作圖的話，一級反應的圖形將是一條直線，此條直線的斜率就是–k，Y軸截距為ln[A]₀。

2-3二級反應的反應速率為

 

---

參考資料
1. WIKIPEDIA網站–Order of Reaction   http://en.wikipedia.org/wiki/Order_of_Reaction
2. 國立台灣大學化學系編著，大學普通化學實驗，第11版，國立台灣大學出版中心，民國94年。