学习指南

反应速率与速率表达式

IB 化学 HL· 20 分钟阅读

1. 定义反应速率★★☆☆☆HL 专属⏱ 5 min

📘 定义

反应速率

单位时间内反应物或生成物浓度的变化量，始终以正值表示。

例:

对于通用反应 ，速率定义为：

反应物浓度随时间降低，负号的作用是保证最终速率值为正。反应速率可以表示为一段时间内的平均速率，也可以表示为某一特定时刻的瞬时速率。

📐 例题

在分解反应 的前15秒内， 的浓度从 0.25 mol dm⁻³ 降至 0.16 mol dm⁻³。计算相对于 的平均反应速率。

  1. 1

    计算 的浓度变化：

  2. 2
    Δ[N2O5]=0.16−0.25=−0.09 mol dm−3\Delta[N_2O_5] = 0.16 - 0.25 = -0.09 \ mol \ dm^{-3}
  3. 3

    代入速率定义，带入数值计算：

  4. 4
    rate=−Δ[N2O5]Δt=−(−0.09 mol dm−3)15 s=0.006 mol dm−3 s−1rate = -\frac{\Delta[N_2O_5]}{\Delta t} = -\frac{(-0.09 \ mol \ dm^{-3})}{15 \ s} = 0.006 \ mol \ dm^{-3} \ s^{-1}

Exam tip:

务必写出反应速率的单位。阅卷官在动力学题目中一贯会对漏写单位扣分。

2. 速率表达式与反应级数★★★☆☆HL 专属⏱ 6 min

📘 定义

速率表达式（速率定律）

For ,

由实验推导得到的方程，将反应速率与反应物浓度关联，其中 是速率常数， 是对A的反应级数， 是对B的反应级数。

总反应级数等于各反应物反应级数之和（）。

📐 例题

反应 的实验数据表明，速率与 和 成正比。写出速率表达式并说明总反应级数。

  1. 1

    写出速率表达式的通式：

  2. 2
    rate=k[NO]m[Cl2]nrate = k[NO]^m[Cl_2]^n
  3. 3

    代入实验测定的反应级数：

  4. 4
    rate=k[NO]2[Cl2]1rate = k[NO]^2[Cl_2]^1
  5. 5

    将各反应级数相加得到总反应级数：

  6. 6
    overall order=2+1=3\text{overall order} = 2 + 1 = 3

3. 由初始速率数据推导速率表达式★★★☆☆HL 专属⏱ 7 min

IB考试中最常见的题型是提供多组实验的初始浓度和初始速率表格。要得到每个反应物的级数，需要对比两次实验，保持其他反应物浓度不变，再使用速率比法。

📐 例题

利用以下数据推导反应 的速率表达式： Run 1: , , rate = Run 2: , , rate = Run 3: , , rate = (Concentrations in mol dm⁻³, rates in mol dm⁻³ s⁻¹)

  1. 1

    找对的反应级数，对比不变的实验1和实验2：

  2. 2
    rate2rate1=([A]2[A]1)m→4.0×10−52.0×10−5=(0.200.10)m→2=2m→m=1\frac{rate_2}{rate_1} = \left(\frac{[A]_2}{[A]_1}\right)^m \rightarrow \frac{4.0 \times 10^{-5}}{2.0 \times 10^{-5}} = \left(\frac{0.20}{0.10}\right)^m \rightarrow 2 = 2^m \rightarrow m=1
  3. 3

    找对的反应级数，对比不变的实验1和实验3：

  4. 4
    rate3rate1=([B]3[B]1)n→1.6×10−42.0×10−5=(0.200.10)n→8=2n→n=3\frac{rate_3}{rate_1} = \left(\frac{[B]_3}{[B]_1}\right)^n \rightarrow \frac{1.6 \times 10^{-4}}{2.0 \times 10^{-5}} = \left(\frac{0.20}{0.10}\right)^n \rightarrow 8 = 2^n \rightarrow n=3
  5. 5

    写出最终速率表达式：

  6. 6
    rate=k[A]1[B]3rate = k[A]^1[B]^3
✓ 快速检测

测试你对速率比法的理解：

  1. 将反应物X的浓度加倍，初始反应速率不变。对X的反应级数是多少？

    • 0

    • 1

    • 2

    • 3

    显示答案
    0 —

    如果浓度加倍速率不变： ，因此 。零级反应物不影响反应速率。

4. 速率常数 $k$ 的单位★★☆☆☆HL 专属⏱ 4 min

速率常数 的单位取决于总反应级数。你始终可以通过整理速率表达式解出 ，再代入速率的标准单位（mol dm⁻³ s⁻¹）和浓度的标准单位（mol dm⁻³）推导出单位。

📐 例题

求速率表达式为 、总级数为3的反应中 的单位。

  1. 1

    整理速率表达式，分离出 ：

  2. 2
    k=rate[A]2[B]k = \frac{rate}{[A]^2[B]}
  3. 3

    代入各物理量的标准单位：

  4. 4
    Units of k=mol dm−3 s−1(mol dm−3)2(mol dm−3)=mol dm−3 s−1mol3 dm−9=mol−2 dm6 s−1\text{Units of } k = \frac{mol \ dm^{-3} \ s^{-1}}{(mol \ dm^{-3})^2 (mol \ dm^{-3})} = \frac{mol \ dm^{-3} \ s^{-1}}{mol^3 \ dm^{-9}} = mol^{-2} \ dm^6 \ s^{-1}

总反应级数

的常见单位

0

mol dm⁻³ s⁻¹

1

s⁻¹

2

dm³ mol⁻¹ s⁻¹

3

dm⁶ mol⁻² s⁻¹

4

dm⁹ mol⁻³ s⁻¹

Exam tip:

检查 的单位可以快速验证你计算的总级数是否正确。如果单位不符合预期规律，说明你求级数时出错了。

5. 常见陷阱

错误做法:

假设反应级数等于总反应配平后的化学计量数。

原因:

只有基元反应的级数等于化学计量数，总反应几乎都不是基元反应。

正确做法:

始终根据题目给出的实验数据确定反应级数，绝对不能仅从配平后的方程得出。

错误做法:

根据反应物浓度变化计算速率时得到负的反应速率。

原因:

反应物浓度随时间降低，因此 本身就是负值。

正确做法:

在 项前一定要添加负号，得到正的反应速率。

错误做法:

计算反应级数时颠倒了速率或浓度的比值顺序。

原因:

混淆实验顺序会导致反应级数计算错误。

正确做法:

保持比值顺序一致： ，两边都是实验2在分子位置。

错误做法:

背诵 的单位而不推导，导致高级数反应的单位错误。

原因:

不同总级数对应不同单位，背诵很容易出错。

正确做法:

始终通过整理速率表达式，代入速率和浓度的单位推导得到 的单位。

错误做法:

计算 时使用反应后期的平均速率而不是初始速率。

原因:

初始速率数据使用的是t=0时的速率，此时生成物浓度为零，反应物浓度为给出的起始浓度。

正确做法:

始终使用实验表格中给出的初始速率计算级数和速率常数。

6. 速查表

概念

核心公式/规则

常见单位

平均反应速率

通用速率表达式

单位取决于总级数

总反应级数

无单位

速率常数单位（n = 总级数）

随总级数变化

由速率比求级数

求解得到

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2025 · Paper 1

    由实验数据推导速率表达式

  • 2024 · Paper 2

    计算速率常数及其单位

  • 2023 · Paper 1

    求总反应级数

深入阅读

下一步

反应速率和速率表达式是IB HL动力学所有后续内容的基础。掌握这些概念是学习反应机理中决速步、由反应机理推导速率定律、使用阿伦尼乌斯方程计算活化能、分析零级、一级、二级反应的积分速率定律图的前提。速率表达式也是试卷1和试卷2拓展回答题中常见的考点，因此扎实掌握这个子主题将直接提高你的整体考试分数。