速率控制步驟

速率控制步驟，又稱為限速步驟，簡稱速控步，也譯作決速步驟（rate-determining step (RDS)）。速率控制步驟指的是如果在一個機理中，其中的一個基元步驟進行的速度遠較其他速度慢，則該步驟決定總的反應速率。

基本介紹

• 中文名：速率控制步驟
• 外文名：rate-determining step
• 定義：一個機理中反應最慢的步驟
• 別名：限速步驟
• 簡稱：速控步
• 學科：化學反應動力學

基本概念

認識一個化學反應當中最慢的一個步驟的重要性在於能夠有效率地改善整個化學反應的速度，從而達致更高的產率等。一個常用的比喻就是一條狹窄的水管——無論水流有多快，也無法改變水的流量。

對於實際化學反應來說，並非每個化學反應都為基元反應，多數反應都由幾個基本反應共同組成，其中反應速率最慢的反應為速率控制步驟，決定整個化學反應的進程。速率控制步驟就是影響整個化學反應速率的那條水管。

舉例與套用

以N₂O₅的分解反應為例解釋速率控制方程，該反應不是基元反應，可能按照一下三步機理進行，其中第一步進行兩次：

（慢）

綜上，N₂O₅的分解反應可以寫成: 。

其中第一步表示一個可逆的分解反應，其前向反應速率常數為K₁而逆反應為K₁’。在第二步NO₂不起反應但影響NO₃的分解。如果第二步本身較其它步慢，則速率由下式給出：

NO的濃度不在速率方程中出現，因為第三步比第二步快，由於第一步也快，而且是可逆的，可以用平衡關係關聯這三個組分的濃度：

式中 是第一步的平衡常數，利用上式可以消去（C_NO2）(C_NO3)，速率表達式可寫為：

控制步驟

巨觀動力學方程式中的反應速率常數是化學反應和擴散等因素共同影響的結果。

當反應速率加快，而傳質速率相對較慢時，即 ，這時，上式可簡化為： ；

當反應速率變慢，而傳質速率相對較快時，即 ，這時，上式可簡化為： 。

當一個過程是由若干連續步驟串聯而成時，不管這些步驟是化學反應還是擴散，其中速率最慢的步驟將控制整個過程的速率，這一步驟就稱為總的過程的反應速率控制步驟。如果若干個步驟反應速率很接近，則整個過程的速率將有幾個步驟共同決定。