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速率常數計算機

根據反應物濃度與實驗測得的反應階數,從一般速率定律求解反應速率或速率常數。

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化學計算機

速率常數計算機

根據反應物濃度與實驗測得的反應級數,從一般速率定律求解反應速率或速率常數。

開始計算前: 反應級數來自所述的速率定律或實驗結果,並非自動等於平衡係數。所有濃度使用 mol/L,速率使用 mol/L·s。

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方法與背景

計算速率常數或反應速率

速率常數計算機可用於求解一般速率定律 rate = kΠ[Ai]^ni。為每個反應物輸入一列,包含唯一名稱、以 mol/L 為單位的正濃度及其反應階數。選擇要求解的是速率或 k。頁面會以對數形式計算濃度次方的乘積,回報總階數,並推導出該階數對應的速率常數單位。

請使用來自實驗數據或明確合理的基本步驟所得到的反應階數。它們並不會自動等於總平衡方程式中的化學計量係數。計算機接受在教學範圍內的零階、分數階及負階,因為經驗速率定律可能採用這些值,但化學意義必須來自所設定的動力學模型。

瞭解一般速率定律與 k 的單位

對於 rate = k[A]^m[B]^n,整體反應級數為 m + n。求解 k 時,將測得的反應速率除以兩個濃度次方;求解 rate 時,則將 k 乘上它們。當速率單位為 mol L−1 s−1、濃度單位為 mol/L 時,速率常數單位為 (mol/L)^(1−總級數) · s−1。因此一級反應定律的單位為 s−1。

零級反應的單位為濃度/時間,二級反應為 L mol−1 s−1,非整數的總級數則保留對應的分數次方。單位分析是有用的檢查方式,但無法決定正確的級數。同一個數值 k,若配錯濃度或時間單位,所代表的物理量就不同,因此每個回報的速率常數都應同時標明單位與溫度。

以多反應物速率定律為例

假設 rate = k[A][B]^2,且 [A] = 0.20 mol/L、[B] = 0.10 mol/L,測得速率 = 0.004 mol/L·s。濃度乘積為 0.20 × 0.10^2 = 0.002。將速率除以該乘積得 k = 2,單位為三級 (mol/L)^−2·s−1。

反向驗算將 k = 2 乘上同一濃度乘積,可還原為 0.004 mol/L·s。在此模型中,A 加倍使速率加倍,而 B 加倍則使速率變為四倍。這類比例檢查通常比最終的小數結果更容易理解,也能凸顯級數顛倒或指數誤套到錯誤濃度的情形。

解讀 k 時勿混淆動力學與平衡

速率常數取決於溫度,也會隨催化劑、溶劑、離子強度、壓力或反應路徑而改變。改變濃度會改變由單一固定定律預測的速率,但在其他條件不變下不應改變 k。溫度依賴性由 Arrhenius 計算處理;平衡組成則由平衡常數處理。兩者皆不應用來取代動力學速率常數。

速率定律通常僅在建立它時所採用的條件範圍內有效。機制改變、飽和、擴散控制、誘導期、可逆性或產物抑制都可能使單一冪次定律失效。實驗動力學應使用殘差分析與重複測量,且不應將擬合得到的 k 大幅外推到已驗證溫度或濃度範圍之外。

動力學模型的限制、安全與隱私

計算得到的速率並不代表該反應實際操作是安全的。熱量累積、氣體產生、混合、熱傳導、壓力釋放與規模放大皆可能主導真實製程風險。對於重要的工作,應使用實測動力學、不確定度、熱卡計分析以及合格的製程安全審查。本頁面僅提供透明算術,針對所給定的速率定律,而不提供機制或危害評估。

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