反應級數

在化學反應的速率方程中，各物濃度項的指數之代數和就稱為該反應的級數(order of reaction)，用n表示。

反應速率方程可表示為:反應速率v速率等於速率常數k與反應物濃度的係數次方的乘積（與生成物無關）。

假設基元反應為：

其數學表達式為:

上式中：反應物濃度的次方為該反應物的反應級數或分級數，如反應物A的級數是α，反應物D的級數是β，各反應級數的加和α+β就為該反應的反應級數。反應級數越大，表示濃度對反應速率影響越大。 ^[1] 

一般而言，基元反應中反應物的級數與其計量係數一致；非基元反應則可能不同，其反應級數都是實驗測定的，而且可能因實驗條件改變而發生變化。例如，蔗糖的水解是二級反應，但是當反應體系中水的量很大時，反應前後體系中水的量可認為未改變，則此反應變現為一級反應。

在不同級數的速率方程中，速率常數k的單位不一樣，一般為L^n-1·mol^1-n·s^-1，n為反應的反應級數。

基元反應和簡單反應的反應級數n可以是整數一、二、三級（只有少數反應為三級），而複雜反應的反應級數n也可以是分數、負數和零級（光化反應、表面催化反應一般是零級）。負數級表示增加該物質的濃度反而使反應速率下降。但反應速率方程不具有簡單的濃度乘積形式者，反應級數的概念就失去了意義。 ^[2] 

定義：凡是反應速率只與物質濃度的一次方成正比者，稱為一級反應（first order reaction）。

五氧化二氮的分解反應：

反應的速率方程為：

可以看出，此反應是一個一級反應。

對上式做定積分，

，式中c₀是初始濃度，c為反應到t時刻的濃度。

由此可知，當反應物消耗一半時，有

可以看出，一級反應的半衰期與反應的速率常數k成反比，而與反應物的起始濃度無關，這也是一級反應的一個特徵。

定義：反應速率和物質濃度的二次方成正比者，稱為二級反應（second order reaction）。

其速率方程：

故對CO是1級反應；對NO₂是1級反應；該反應為2級反應。2級反應k的量綱：mol^-1·dm³·s^-1。

定義：反應速率和物質濃度的三次方成正比者，稱為三級反應（third order reaction）。

三級反應為數不多，在氣相反應中僅知有五個反應是屬於三級反應，而且都與NO有關。這五個反應是：兩個分子的NO和一個分子的Cl₂，Br₂，O₂，H₂，D₂反應。即

定義：反應速率與物質濃度無關者稱為零級反應（zeroth order reaction）。

反應總級數為零的反應並不多，已知的零級反應中最多的是表面催化反應。例如，氨在金屬鎢上的分解反應：

由於反應只在催化劑表面進行，反應速率只與表面狀態有關。若金屬表面已被吸附的NH₃所飽和，再增加NH₃的濃度對反應速率不再有影響，此時反應對NH₃呈零級反應。

在測定反應級數的實驗中，為了排除產物濃度的干擾，通常是測初速度。為了研究某一反應物濃度與反應速度的函數關係，常常將其他反應物的濃度固定後再確定該反應物的反應級數。

反應級數的測定方法包括兩類：積分法和微分法，前者包括嘗試法、作圖法和半衰期法，後者又包括孤立法。下面介紹作圖法和積分法兩種：

關於微分法。將速率方程取對數

，則

線性相關，斜率為n。具體步驟為，在曲線上取若干個濃度點，並作切線。計算每點處切線的斜率

，作

的圖或線性迴歸求出n。

關於積分法。積分法是將c~t數據分別已知的動力學方程積分式中，如零級反應是c=c₀-kt，一級反應是

，二級反應

等，判斷何者更合適，這種方法需要逐個嘗試，計算量較大 ^[3]  。