双语化学辞典Chem Lexicon
本科Undergraduate 化学动力学 Chemical kinetics

预平衡近似Pre-equilibrium approximation

\[\mathrm A + \mathrm B \underset{k_{-1}}{\overset{k_1}{\rightleftharpoons}} \mathrm I \xrightarrow{k_2} \mathrm P:\qquad v = k_2K_1[\mathrm A][\mathrm B],\quad K_1 = \frac{k_1}{k_{-1}}\]

含义Meaning

第一步快速可逆、第二步慢(决速步)时,中间体与反应物保持平衡。表观速率常数 \(k = K_1k_2\),其表观活化能 \(E_a = \Delta H_1^\circ + E_{a,2}\) 可能为负。

When a fast reversible step precedes a slow one, the intermediate stays in equilibrium with reactants. The apparent rate constant is K₁k₂ and its activation energy ΔH₁° + Ea,2 can be negative.

符号说明Symbols

符号Symbol含义 Meaning单位 Unit
\(K_1\)第一步平衡常数first-step equilibrium constant
\(k_2\)决速步速率常数rate constant of the slow steps⁻¹

推导Derivation

  1. 条件:\(k_{-1} \gg k_2\),所以第一步几乎不受第二步扰动。

    Condition k₋₁ ≫ k₂.

  2. \([\mathrm I] = K_1[\mathrm A][\mathrm B]\),\(v = k_2[\mathrm I]\)。

    [I] = K₁[A][B] and v = k₂[I].

  3. 这是稳态近似在 \(k_{-1} \gg k_2\) 时的特例:稳态给出 \(v = k_1k_2[\mathrm A][\mathrm B]/(k_{-1} + k_2)\)。

    It is the k₋₁ ≫ k₂ limit of the steady-state result.

适用条件与局限Assumptions & limitations

  • 若 k₂ 与 k₋₁ 相当,应使用稳态近似。

    If k₂ ~ k₋₁ use the steady-state result.

例题Worked example

2NO + O₂ → 2NO₂:经 2NO ⇌ N₂O₂ 预平衡,速率随温度升高反而减小(表观 Ea < 0)。

2NO + O₂: via the N₂O₂ pre-equilibrium the rate falls with temperature (negative apparent Ea).