1 宣道中學 化學測驗 反應速率 S.5E 20/11/2006 1. 某種起泡飲料片含有碳酸氫鈉和一種固體酸。現用以下的實驗裝置來研究飲料片在不同 水溫下，其所含成分的反應速率。 (a) 為甚麼把飲料片加入水時會出現泡騰現象？ (b) 解釋可用這個裝置來此項研究的原理。 (c) 以下曲線圖展示水溫是 40°C 時所得的結果。 在曲線旁邊另繪一曲線，表示水溫是 25°C 時所得的結果。 (d) 一片飲料片所含碳酸氫鈉的質量是 1.25 g，釋出的二氧化碳的質量是多少？ (e) 解釋為甚麼要把飲料片存放在陰涼處。 （相對原子質量：H = 1.0，C = 12.0，O = 16.0，Na = 23.0）
2 2. 把相同質量的鎂（過量）分別放入瓶 A 和瓶 B 內，然後倒入相同體積但不同濃度的氫氯 酸。定時量度釋出的氫的體積。下面的曲線圖展示實驗的結果： (a) 根據瓶 A 實驗結果的曲線，計算 (i) 生成的氫的總體積。 (ii) 完成反應所需的時間。 (b) 哪個瓶子內的酸的濃度較高？解釋你的答案。 3. 把三條鎂帶分別放入三種酸中，如下所示： 實驗 反應混合物 完成反應所需的時間 I 1 g + 100 cm3 的 1 M 氫氯酸 200 秒 II 1 g + 100 cm3 的 1 M 硫酸 ？ III 1 g + 100 cm3 的 1 M 乙酸 ？ (a) 利用計算的方法，說明在實驗 I 中鎂還是氫氯酸是過量的。 (b) 如何得知反應已完成？ (c) 如果用鎂粉代替鎂帶，反應速率會有甚麼變化？ (d) 在實驗 II 和 III 中，說出完成反應所需的時間較實驗 I 的多還是少？解釋你的答案。 （相對原子質量：Mg = 24.0）
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1. (a) 起 泡 飲 料 片 含 有 一 種 固 體 酸 和 碳 酸 氫 鈉 。 固 體 酸 溶 於 水 時 產 生 氫 離 子 水 溶 液 （H+
(aq) ），氫離子與碳酸氫鈉反應，生成二氧化碳氣體，因而出現泡騰現象。 HCO3-(aq) + H+(aq) → CO2(g) + H2O(ℓ)
(b) 由於生成的二氧化碳氣體會從裝置逸走，所以燒瓶和反應混合物的質量會不斷下降。 要測定反應的速率，可以量度燒瓶和反應混合物在固定時距內減少的質量。 (c) (d) NaHCO3 的質量 一片飲料片所含 NaHCO3 的摩爾數 = NaHCO3 的摩爾質量 1.25 g = 84.0 g mol-1 = 0.0149 mol ∴ 一片飲料片釋出的CO2 的摩爾數 = 0.0149 mol
∴ 釋出的CO2 的質量 = CO2 的摩爾數 × CO2 的摩爾質量 = 0.0149 mol × 44.0 g mol-1 = 0.656 g (e) 在潮濕的環境下，飯料片中的酸會與碳酸氫鈉反應。 2. (a) (i) 40 cm3 (ii) 5 分鐘 (b) 瓶 A 表示瓶 A 實驗結果的曲線的斜率較大。/ 由於鎂是過量的，氫氯酸的量限制生成的氫 的量。從 A 釋出的氫氣較多。所以瓶 A 內的氫氯酸的濃度較瓶 B 內的高。
3. (a) Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) Mg 的質量 Mg的摩爾數 = Mg的摩爾質量 1 g = 24.0 g mol-1 = 0.04 mol 100 cm3 的氫氯酸所含 HCl 的摩爾數 = 溶液的摩爾濃度 × 溶液的體積 100 = 1 mol dm-3× 1000 dm 3 = 0.1 mol 從方程式可知，1 摩爾的 Mg 會與 2 摩爾的 HCl 反應。在實驗 I 中，0.04 摩爾的 Mg 會 與 0.08 摩爾的 HCl 反應。因此，HCl 是過量的。 (b) 所有的鎂都已溶解。 (c) 反應速率會增加。 (d) 鎂會與酸中的氫離子反應。硫酸是二元酸，氫氯酸則是一元酸。因此，1 M 硫酸中 氫離子的濃度較 1 M 氫氯酸中的高。鎂與 1 M 硫酸完成反應所需的時間少於 200 秒。 氫氯酸是強酸，乙酸則是弱酸。因此，1 M 氫氯酸中氫離子的濃度較 1 M 乙酸的高。 鎂與 1 M乙酸完成反應所需的時間多於 200 秒。
