多步反应

化学反应通常用一个总的配平化学方程式来表示，该方程式指明了反应物和生成物。

然而，实际的反应通常更为复杂，并分多个步骤进行。例如，一氧化氮与氢气反应生成氮气和水的过程分为三个截然不同的连续步骤。这些步骤称为反应机理。

反应机理中的每一步称为基元反应，代表反应物之间发生的相互作用，例如化学键的断裂或形成。

某些分子，如二氧化二氮和一氧化二氮，在一个基元步骤中生成，在另一个基元步骤中被消耗。这类物质被称为反应中间体。

反应中间体与过渡态不同，过渡态仅在反应物转化为产物的过程中存在。

反应机理是基于其配平的化学方程式以及通过实验确定的各基元步骤的速率定律而提出的假设。

每一步都有特定的反应速率、速率常数和活化能。其中最慢的步骤称为决速步，它决定了总反应速率。通过决速步可验证总反应的速率方程，并用于验证所提出的反应机理。

考虑一氧化二氮分解为氮气和氧气的反应。实验测定的速率定律与单步反应的速率表达式不符，这一现象通过观察到氧原子（一种反应中间体）的存在得到了证实。

因此，提出了一个反应机理，其中所有步骤累积起来得到总反应。

首先，速率常数表明第一步是决速步。该步骤最慢，因此影响整体反应速率。由此步骤提出的速率方程可与整体速率方程相等。

该提出的速率定律直接源自基元反应物的分子浓度，与实验测得的速率定律一致，验证了所预测的反应机理。

本文改编自 Openstax，《化学》第2版，12.6节：反应机理。