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第一章

物質狀態與氣體性質

2-1 氣體的性質 一.氣體的性質:一般而言,氣體性質會受到本性、溫度、壓力與體積的影響。 1.0K 273oC 以上的氣體分子可不斷的運動,具有擴散性、膨脹性可充滿整個容器, 故沒有一定體積與形狀。 2.氣體分子運動時會撞擊氣壁,因而對器壁產生壓力。 3.分子間距離大,具有壓縮性,故可充入其他氣體。 4.氣體分子運動的快慢與溫度有關;溫度愈高,運動愈快。 二.氣體壓力:大致上,可分成兩種壓力: 1.大氣壓力: (1)來源:因為空氣本身的重量所造成,因此距離地面愈高,空氣愈稀薄,導致空氣 壓力愈小。 (2)測量:利用托里切利實驗,即可知當時的大氣壓力或利用氣壓計亦可。 (3)單位:常用單位如下所示: 1atm76cmHg 760mmHg 760torr1033.6cmH2O1033.6gwcm2

1013

百帕

1013

mb

1

.

013

10

5

Pa

1

.

013

10

5

N

m

2 其中,PaNm2、1mb 10 dyne3 2 cm  。 2.密閉容器內的氣體壓力: (1)來源:形成原因乃是因為氣體於容器內撞擊器壁所造成。 (2)測量:一般可利用壓力計來測量。如, a.開口壓力計。如,圖2 6 。 (a)當壓力計兩邊液面等高時,則待測氣體的的壓力恰好等於大氣壓力。其關係 式為P待測氣體大氣壓P 。圖2 6( ) a 所示。 (b)當待測氣體邊的液面比較低時,則待測氣體壓力會大於大氣壓力。其關係式 為P待測氣體大氣壓PPHg。圖2 6( ) b 所示。 (c)當待測氣體邊的液面比較高時,則待測氣體壓力會小於大氣壓力。其關係式 為P待測氣體大氣壓PPHg。圖2 6( ) c 所示。 b.閉口壓力計。通常是用來測量壓力小於大氣壓力的氣體,當氣體裝入後,其高 度差就是待測氣體的壓力。其關係式為P待測氣體 PHg。如圖2 7 。

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P待測氣體大氣壓P P待測氣體大氣壓PPHg P待測氣體大氣壓PPHg P待測氣體 PHg ( )a ( )b ( )c 圖2 6 開口壓力計 圖2 7 閉口壓力計 (c)單位:常用單位與上述一樣。 1.下列關於氣體性質的敘述中,正確的有 (A)分子間的空隙夠大,可以在填入其他氣體 分子 (B)具有擴散性,可充滿整個容器 (C)組成粒子是分子 (D)只要溫度高於0K, 氣體粒子就可不停的運動 (E)具有壓縮性,可縮小其體積。 2.已知於1atm下,利用開口壓力計測量容器內壓力時,若開口端高出190mm,則, (1)容器內的氣體壓力是多少? (2)若改用閉口壓力計測量,則兩管水銀面的高度差會是多少? 3.已知於1atm下,利用閉口壓力計測量容器內壓力時,若兩端高度差為190mm,則, (1)容器內的氣體壓力是多少? (2)若改用開口壓力計測量,則兩管水銀面的高度差會是多少?

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4.當某閉口壓力計充入 A 氣體時,閉口端的汞柱高度為氣室端高度的 3 倍,若改裝入 B 氣體時,閉口端的汞柱高度為氣室端高度的 4 倍,則 B 氣體的壓力為 A 氣體的 幾倍? 5.於1atm下,某氣體以開口壓力計測量其壓力開口端高出810mm;若改以閉口壓力 計測量時,兩管的水銀柱高度應相差多少? 三.氣體的溫度: 1.定義:是氣體粒子平均動能的量度。 2.常見的溫標: (1)攝氏溫標( Co ):於1atm下,水的冰點為0oC,沸點為100oC (2)華氏溫標( Fo ):於1atm下,水的冰點為32oF ,沸點為212oC (3)凱氏溫標(K):於1atm下,水的冰點為273K,沸點為373K ;又名絕對溫度。 3.三者的關係式: (1) 32 212 32 0 100 0      F C o o 。 (2)K Co 273 (3) 5( 32) 9 oC oF 9 32 5 oF oC 6.已知,某烤箱的溫度為392oF ,則此溫度相當於 (1)攝氏多少度? (2)絕對溫度多少度? 7.當攝氏溫度為xoC 時,華氏溫度亦為xoC時,此時的

x

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8.下列關於氣體的敘述中,正確的是 (A)組成氣體的粒子是分子 (B)大氣壓力是由大氣 的重量造成 (C)氣體具有擴散性可充滿整個容器 (D)氣體具有壓縮性,可縮小其體積 (E)分子間的空隙大可再填入其他氣體。 9.於1atm下,某氣體以閉口壓力計測量其壓力兩管水銀面高度差18cm;若改以開口 壓力計測量時,則兩管的水銀柱高度應相差多少? 10.右圖為開口壓力計,填入某非揮性液體甲,該液體的 密度為1.05 g mL (Hg的密度為13.6gmL 。若當時大) 氣壓力為0.964atmh12.2cm,則氣體壓力為 多少mmHg ? (A)733 (B)738 (C)742 (D)760。 2-2 氣體定律 一.氣體定律:熱氣球內的氣體受熱膨脹,密度減小而能升空;汽車輪胎打氣後壓力增 大而具有彈性,同時高速行駛時,使輪胎溫度增加,進而使輪胎胎壓增加,而這些 現象都與氣體的量、溫度、壓力、體積有關。 1.波以耳定律: (1)實驗:西元 1662 年,英國物理學家波以耳,將定量氣體,於定溫下,作一連串 的實驗,所得PV 的數據,結果發現P V 恆為一個常數。 (2)內容:於定溫、定量氣體下,氣體體積(V)與氣體壓力(P)成反比。 (3)數學式:PV  K 常數或P1V1  P2V2。 (4)關係圖:如圖2 8  同溫。圖 2 9  不同溫度。

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圖2 8 定量氣體,同溫下,壓力與體積關係圖 圖 2 9 定量氣體,不同溫度下(T1T2),壓力與體積關係圖 11.今有一個氫氣球從地面(1atm、900mL)往上空漂去,若上空的溫度仍為25oC 而壓力變成570mmHg,則此時氫氣球的體積是多少? 12.已知,一端封閉的細玻璃管中封入長度為

xcm

的水銀柱,並保持其水平,此時被封 入的空氣柱長是 ycm ,則(當時大氣壓力為76cmHg) (1)當玻璃管管口朝下時,被封入的空氣柱長是多少

cm

? (2)當玻璃管管口朝上時,被封入的空氣柱長是多少

cm

? 13.某定量氣體的體積於0.2atm時為40mL,假設溫度不變,當壓力升到0.8atm時, 此氣體的體積變成多少? 14.有 A 、B 兩相連容器, A 容器形狀不規則,將其抽成真空, B 容器內含有500mL torr 700 的氣體,若將兩容器連通後,總壓變成500torr ,則 A 容器的體積是多少?

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15.在1.0atm時,於一端封閉的細長玻璃管中,封入長10.0cm汞柱,並保持水平,被 封入的空氣柱長有20.0cm。則當玻璃管的管口朝下時,被封入的空氣柱長約為若 干

cm

? (A)18 (B)21 (C)23 (D)25。 16.於1.0atm下,有一氣泡由水池底部上升至水面體積變為原來之3 倍,設溫度不變, 則水深約為 (A)30 (B)20 (C)3 (D)2 公尺。 2.查理定律: (1)實驗:法國科學家查理,利用圖2 10 的實驗裝置 ,歸納出的結果。 (2)內容: 圖2 10 a.於定壓、定量氣體下,氣體體積(V)與氣體絕對溫度(T)成正比。 b.於定壓、定量氣體下,當氣體溫度每上升1oC,則體積就增加0oC時體積的 273 1 。 (3)數學式: a.  K 常數 T V , 2 2 1 1 T V T V  。 b. t o o Vo t V t V V 273 ) 273 1 (     , V代表 Cto 時的體積 t ( ,V 代表 C0o 時的體積) o (4)關係圖:圖2 11 。 圖2 11 查理定律的相關關係圖 (5)應用:放天燈、熱氣球、高速運轉輪胎會膨脹。 (6)推論: a.定壓下,定量氣體,在不同溫度下,每升高1.0oC,增加的體積與0oC時體積

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的比均相等 ) 273 1 ( 。但增加的體積與原體積的比值不等,原溫度愈低者,增 加的比例愈大。 b.定壓下,固定容積容器中的氣體,當溫度由T1升到T2時, (a)逸出氣體的量佔原有氣體的 2 1 2 ) ( T T T  倍。 (b)增加出的體積為原來體積的 1 1 2 ) ( T T T  倍。 給呂薩克定律 於定容、定量氣體下,氣體壓力(P)與絕對溫度(T)成正比。同時,可以下列數學 式表示  K 常數 T P , 2 2 1 1 T P TP  。 17.某定量氣體於27oC 時,體積為40.0mL;假設壓力不變,當溫度升至177oC時, 此氣體的體積變成多少? 18.一容器中,裝有3atm的氬氣( Ar),於定壓下,下列各溫度變化中,氬氣所增加的 體 積 百 分 率 最 大 的 是 (A)0oC ~1oC (B)100oC ~101oC (C)

C

C

o

o

~

201

200

(D) K K ~101 100 。 19.已知空氣於0oC100oC時的體積比為1.0001.365;試利用查理定律,求出 絕對零度的攝氏溫度度數。 20.以27oC 的空氣將車子輪胎充氣至2atm,經長途行駛後,輪胎的氣壓變成2.5atm 若輪胎體積維持不變,則輪胎內的空氣溫度變成幾度?

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21.若某氣球的體積超過3.2L時會破裂;今於27oC 時灌入空氣使其體積為3.0L,再 將其移至戶外曬太陽,當溫度超過幾度時,氣球會破裂? 3.亞佛加厥定律: (1)內容: a.同溫、同壓下,相同體積的氣體具有相同的分子數。 b.同溫、同壓下,氣體的體積(V)比等於氣體的莫耳數(n)比等於氣體的分子數 比。 c.亦可延伸成,同溫、同壓下,同體積的氣體,其重量(W)比等於其分子量 ) (M 比。 2 2 1 1 M W M W  d.更可延伸成,同溫、同壓下,其密度(D)比等於其分子量(M)比。 2 1 2 1 M M DD  。 (2)數學式:  K 常數 V n , 2 2 1 1 V n Vn  。 (3)莫耳體積:1 莫耳物質所佔有的體積;同溫、同壓下的氣體,其莫耳體積為固定值 如, a.STP(0oC atm V L m 22.4 ) 0 . 1   。 b.NTP(25oC atm V L m 24.5 ) 0 . 1   。 (4)關係圖:圖2 12 。 圖2 12 亞佛加厥定律的相關關係圖 22.於STP下,有甲、乙兩氣球;已知,甲汽球內充滿氧氣(O2)、乙氣球則充滿未知氣 體,且甲汽球的體積為乙氣球的3 倍,而重量則為 2 倍,則 (1)甲、乙兩氣球所含的氣體分子數比是多少? (2)乙氣球內的氣體分子量是多少?

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23.某物質 A ,於一定條件下,加熱使其完全分解,方程式如下:4A4BC2D, 所有生成物均為氣體;且所得的氣體於同狀況下,總重為氫氣的18 倍,則 A 氣體 的分子量是多少? 24.等重的下列各種氣體,於同溫同壓下,體積最大的是 (A)H2 (B)He (C)N2 (D)O2 。 25.有一空瓶重20.0g,於相同條件下,分別裝有氧氣、某未知氣體;其總重分別是 g 0 . 21 22.0g,則某氣體的分子量是多少? 五.理想氣體方程式:利用先前所描述的波以耳定律、查理定律、亞佛加厥定律,所導引 出的ㄧ數學式子。 1.數學式:PVnRT P :代表氣體壓力,單位是atmV :代表氣體體積,單位是 L 。

n

:代表氣體莫耳數,單位是mol T :代表絕對溫度,單位是 K 。 R :代表理想氣體常數,其數值隨著單位改變而有不同的大小。 K mol L atm K mol L atm nT PV R        0.082 273 1 4 . 22 1 K mol L torr K mol L torr nT PV        62.36 273 1 4 . 22 760 K mol J K mol cal    1.987 8.314 2.應用:

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(1)求氣體或低沸點液體的分子量。 RT M W PV ) ( ) ( 分子量 質量  ( ) (W) PV RT M 質量 分子量    。 (2)求氣體的密度(D)。 RT PM DRT V W PM RT M W PV nRT PV        。 (3)求氣體的莫耳數(n),進而推測出反應方程式的均衡係數或者求出氣體產物的體 積。 六.理想氣體與真實氣體: 1.理想氣體: (1)凡是符合理想氣體方程式的氣體均是。 (2)具有質量,但本身無體積。 (3)分子間無吸引力。 (4)為完全彈性體。 (5)降溫或加壓時,也不會液化。因為分子間作用力等於 0。 (6)於高溫、低壓下,會愈接近理想氣體。 (7)非極性、難液化的氣體,也愈接近理想氣體;相同條件下,最接近理想氣體的是 氦(He)。 (8)分子間引力小,莫耳體積大,也愈接近理想氣體。 2.理想氣體與真實氣體的比較。 理想氣體 真實氣體 1.具有質量,本身體積趨近於零。 2.分子間無吸引力。 3.遵守PV nRT PV 1 nRT    。 1.具有質量,且本身佔有體積。 2.分子間具有吸引力。 3. 1 nRT PV 。 3.壓力與理想氣體的關係:如圖2 13 所示。 圖2 13 26.於下列各選項氣體中,最接近理想氣體的是 (A)STP下的H2 (B)100oC、0.1atm 下的He (C)25oC 1atm下的 2 N (D)100oC 2atm下 的 2 O

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27.當某汽球於27oC 1atm下,其內部充滿氦氣時,其體積為24.6L,則此汽球內含 有多少莫耳的氦氣?又合多少克? 28.於25oC 1atm下,將某瓦斯罐中的氣體放出500mL時,整個瓦斯罐減少1.18g 則瓦斯罐中的氣體分子量是多少? 29.ㄧ固定體積的 瓶子內裝有某氣體,壓力為1.5atm, 當 其 溫 度 由27oC 加 熱 至 C o 127 時,若忽略瓶子的膨脹,則被排出瓶外的氣體分子佔原有分子的比例是多 少? 30.當定量氣體,由P1atmt oC 1 的情況下變成P2atmt C o 2 ,則變化前後的體積比  2 1 V V ? 31.已知反應方程式:N2O4(g) 2NO2(g),於27oCV 公升的密閉容器中達到平衡; 若此時N2O4的分解百分率是25%,而系統總壓P1atm;當溫度上升至327oC時, 此時N2O4的分解百分率是50%,而系統總壓變成P2atm,則  2 1 P P

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32.於同溫、同體積的 A 、B 、C 三容器,分別裝入1 公克的的

a

b

c

三種氣體,結 果三容器的壓力分別是的1、 2 、3atm,則三種氣體之分子量比是多少? 33.已知某氣體於27oC 1atm下,該氣體的密度為 L g 5 . 1 ,則該氣體的分子量是多 少? 34.將0.5g 的某一有機化合物液體,注入一1.60L的真空容器中,使其完全氣化,並 測得於40oC 時的壓力為190mmHg,則該有機化合物的分子量是多少? 35.(甲)波以耳定律(乙)查理定律(丙)亞佛加厥定律(丁)分壓定律;以上定律均由實驗歸 納而得,綜合其中哪些定律,可得理想氣體方程式? (A)(甲)(乙)(丙) (B)(甲)(丙)(丁) (C)(甲)(乙)(丁) (D)(乙)(丙)(丁)。 36.當 1 大氣壓、27C下,將80 克某液體放入一個 10.0 升的容器後密封。加熱至 127C 時,該密封容器內的壓力為9.53 大氣壓。假設在 27C時,該液體之蒸氣可忽略,在 127C時該液體完全汽化,則該液體分子量為何? (A)28 (B)32 (C)46 (D)64。

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<Homework 2-2> 1.一密閉容器中,壓力為650mmHg,若將一部分氣體抽出後,壓力減為600mmHg 被抽出的氣體在1atm下體積為1.52mL,若溫度維持不變,則該容器的體積是多少? ) 1 . 23 ( mL 2.有一個氫氣球,於25oC 760mmHg 的地面時,體積為894mL;若飄至氣壓是 mmHg 720 、溫度為3oC的高空時,其體積變成多少?(855mL) 3.下列各種現象中,可用查理定律來解釋的有 (A)壓縮氣球會使氣球破裂 (B)熱氣球升 空 (C)高速行駛的汽車輪胎會變硬 (D)凹陷的乒乓球泡熱水,可恢復原狀 (E)於某範圍 內,氣球愈吹愈大。(BCD) 4.一密閉容器中,有等莫耳數的CH4與氧氣於27oC 恰能完全反應生成二氧化碳 ) (CO2 與氫氣(H2),且反應後溫度變成127oC,則反應前後的壓力比是多少? (1:2) 5.定壓下,定量氣體的溫度由25oC 上升至30oC,則體積變為25oC 時體積的多少倍? ) 298 303 ( 6.於開口容器中,當溫度由27oC 上升至127oC時,逸出的體積為原體積的若干倍? ) 4 1 ( 7.一個瓦斯鋼瓶的安全耐壓為15atm,今於25oC 時充入10atm的瓦斯,則此鋼瓶所 能承受的最高溫度是多少?(174oC) 8.汽車輪胎壓力不足,可用壓力唧筒,使其變硬,此現象可用何種定律來解釋? (A)波 以耳定律 (B)原子說 (C)亞佛加厥定律 (D)查理定律。 (C) 9.等重的下列氣體中,於同溫同壓下,體積最大的是 (A)H2 (B)He (C)N2(D)O2。 (A) 10. 實 驗 室 中 , 利 用 氯 酸 鉀(KClO3 122.5)加 熱 , 來 製 造 氧 氣 , 其 反 應 式 如 下 ; 2 3 2 3 2KClOMnO 2 KClO ,今將24.5g的氯酸鉀加熱使其完全分解,則於STP下作 多可產生多少的氧氣?(7.35L) 11.定壓下,將開口容器中的氦氣加熱,使溫度由27oC升至327oC,則排出氦氣的質量 占原氦氣質量的若干倍? (A)2 3 (B) 1 3 (C) 1 4 (D) 1 2。(D) 12.以攝氏27oC的空氣把汽車輪胎充氣至2 大氣壓,長途行駛之後,輪胎內氣壓測得為 2.5 大氣壓,若體積不變,輪胎內的空氣溫度約為攝氏多少度? (A)34 (B)68 (C)102 (D)375 oC。(C) 13.定溫、定量的He( )g ,在0oC、100oC的體積分別是V1升、V2升,則絕對零度時的攝氏 度數為若干oC? (A) 2 2 1 100V V  (B)V 1 2 1 100V V  (C)V 2 1 2 100V V V (D) 1 1 2 100V V V 。(D)

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14.已知於NTP下,某未知氣體的密度是2.2gL ,則該氣體 的 分子量是多少?(53.9) 15.常溫下,取0.2mol的氖氣,某生作壓力對體積的關係如圖, 有甲、乙、丙、丁四種曲線,何者為等溫線? (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁。(C) 16.當汽車於高速行駛時,輪胎會變硬。此現象可應用何種定律來說明。(查理定律) 17.有甲、乙兩容器,體積分別為 2 升和 3 升;甲容器裝27oC下的3.2 克 4 CH ,乙容器 裝127oC下的1.6 克氧氣,則下列各量值的比較,何者正確? (A)兩容器內的氣體密 度:乙甲 (B)兩容器內,氣體的平均動能:甲乙 (C)兩容器內的氣體壓力:甲乙 (D)兩容器內,氣體分子的平均速率:甲乙。(C) 18.天然氣的主要成分是甲烷,將壓力1600mmHg的天然氣1.5 公升,在定溫下膨脹至 7.5 公升時,壓力為若干mmHg? (A)1600 (B)750 (C)320 (D)150。(C) 19.家庭用液化瓦斯筒內裝的主要成分是丙烷,室溫時丙烷飽和蒸氣壓約為10atm,當 瓦斯用盡時,筒內壓力最接近幾大氣壓? (A)0 (B)1 (C)9 (D)10。(B) 20.真實氣體在下列哪一種情況下,較接近理想氣體? (A)低溫低壓 (B)低溫高壓 (C)高 溫低壓 (D)高溫高壓。(C) 21.二氧化碳會造成溫室效應。在0.5atm、200oC時收集二氧化碳5.0 升,試問在標準溫 壓下,其體積為若干升? (A)1.44 (B)1.88 (C)2.44 (D)2.88。(A) 22.下列關於理想氣體常數R的敘述中,錯誤的是 (A)原子量標準改變,會影響其數值 (B)理想氣體方程式中的PV 之單位改變,會影響其數值 (C)若標準狀況改為1.0atm 25oC,其數值亦跟著改變 (D)採用SI單位,其值為8.29。(C) 23.一開口容器,其不因溫度而變,其中含27oC 1.0atm之空氣,今欲使器內空氣分子 總數的1 5溢出,須加熱至幾度? (A)32.4 (B)33.8 (C)87 (D)102 oC。(D) 24.在高溫下,固體碳酸銨的分解反應為(NH4 2) CO3( )s 2NH3( )g CO2( )g H O2 ( )g     。若 碳酸銨完全分解,則產生的混合氣體,其密度是相同溫度與壓力下,氫氣密度的多 少倍? (A)10 (B)12 (C)24 (D)48。(B) 25.將 7.0 克N2( )g 放入一體積為V 之容器中,測得壓力為P,同溫度下於此容器內改裝 入4.0 克之He( )g ,再將此容器體積擴增為原來的2 倍,則容器內壓力應是多少? (A) P (B)0.625P (C)2P (D)2.5P。(C) 26.若某氣球的體積超過 3.20 公升時就會破裂。今將此氣球於27oC 時灌入空氣,使其 體積變成3.00 公升,再將其移至室外曬太陽,當溫度超過多少oC時,此氣球就會破 裂? (A)47 (B)53 (C)60 (D)72 (E)84。(A)

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(1)甲、丙壓力計中,氣體的壓力?(甲:36cmHg、丙:156cmHg) (2)乙壓力計中,氣柱的壓力?(112cmHg ) 28.已知,氣體密度與溫度的關係圖如右,則 (1)A曲線表示某氣體於1.0atm下,則該氣體的分子量 是多少? (A)16.4 (B)24.5 (C)32.8 (D)49.0 (E)65.6。 (2)若AB曲線分別表示1.0atm2.0atm下的不同氣體, 則AB的分子量比值是多少? (A)3 2 (B) 4 3 (C)3 (D) 1 3 (E)3 4。 29.右圖為真實氣體的行為與理想氣體(丁)的偏差圖,則甲、 乙、丙三曲線的測量溫度,以何者最高? (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)無法判斷。 1-3 氣體的分壓 當兩種或以上的氣體混合在同一容器中,若不發生任何的化學反應,則各成分氣體於 容器中的壓力並不會受到其他氣體的影響;同時亦不需藉由任何外力,氣體可均勻散 佈於整個空間,且其擴散的快慢與所需時間和該氣體之分子量有密切的關係。 一.氣體的分壓: 1.分壓:混合氣體中(不相互反應),各成分氣體所呈現的壓力;而且各成分氣體的分 壓,不會因為他種氣體的加入或離開而受影響。例如,今有混合氣體 A 、B 、C三 種,將其分別至於同一容器中,其所呈現的壓力分別是PAPBPC。即氣體 A 的分壓就是PA;同樣的 B 、C 的分壓分別是PBPC。 2.總壓:容器內所有的氣體分子碰撞氣壁時,在單位面積上所產生的力。於定溫、定容 下,總壓與混合氣體中各成分氣體的種類無關,僅與混合氣體的總莫耳數成正比。 二.莫耳分率: 1.定義:溶質(成分氣體)的莫耳數與溶液(全部氣體)莫耳數的比值。 2.數學式:

(16)

(1) ...     C B A A A n n n n X 、 ...     C B A B B n n n n X 、 ... C C A B C n X n n n     、 (2)XAXBXC... 1 三.道耳吞分壓定律: 1.實驗:道耳吞以簡易的實驗裝置來證實。如圖2 14 所示。 圖2 14 道耳吞分壓定律實驗 2.內容: (1)定溫、定容下,混合氣體若不發生化學反應,則其總壓為各成份氣體的分壓和。 T C B A P P P P   ... PT :代表混合氣體的總壓。 (2)定溫、定容下,分壓與莫耳分率成正比。可表示成 分壓=莫耳分率×總壓 Pi XiPT。 (3)定溫、定容下,分壓比等於莫耳數比等於莫耳分率比。可表示成 A PPBPCn :A n :B nCX :A X :B XC。 (4)混合氣體的前、後,由於未發生反應。所以,反應前、後總莫耳數不變,即, 前 前 前 前 RT V P n  後 後 後 後 RT V P n   , 若 反 應 前 、 後 溫 度 不 變 , 則 可 變 成 ... ...) (V1V2  P1V1P2V2  Pt 。 3.限制:對於混合後會反應的氣體混合則無法使用。常見混合會反應的方程式如下: (1)NH3(g) HCl(g) NH4Cl(s) (2)2NO(g) O2(g) 2NO2(g) (3)H2(g) F2(g) 2HF(g) (4)N2O4(g) 2NO2(g) 4.於定溫、定容下的氣體,當壓力由 P1降至 P2時,則逸出的氣體佔原有體積的 % 100 ) ( 1 2 1  P P P 。(因為定溫、定容下,氣體壓力與莫耳數成正比) 5.定溫下,兩相連容器

a

b,體積分別是VAVB,內部分別含有PAPB的 A 、 B 氣體,若將兩氣體混合於體積為V ,則混合氣體的壓力是 V V P V PA AB B

(17)

1.下列各組混合氣體中,不適合道耳吞分壓定律的是 (A)HClNH3 (B)H2、O2 (C) 2 NO2 (D)COO2。 2.若將壓力為300mmHg的 A 氣體500mL、壓力為400mmHg的 B 氣體300mL與壓力 為500mmHgC 氣體200mL同時混合於1000mL的容器,求此混合氣體的總壓 與各氣體的分壓。 3.已知,容器 A 中裝有CH4、2atm,容器 B 中裝有C2H6、3atm;今於溫度不變的 情況下,將兩容器連通後,總壓變成2.7atm,則:(1) ? B A V V (2) ? 6 2 4  H C CH n n 4.於27oC 時,將3.2g 的氧氣( 32 2  O )與1.4g的氮氣(N2 28)混合於3.0L的容器 中,則 (1)容器中,氧氣的莫耳分率是多少? (2)容器中氮氣的分壓是多少? (3)容器中的總壓是多少? 5. 不 會 反 應 的 A 、 B 兩 種 氣 體 , 依 重 量 比 3 : 2 混 合 於 容 器 中 , 測 得 其 總 壓 為 mmHg 65 12 ,今用一藥品將 A 氣體吸收,測其總壓變成460mmHg ;若 B 氣體分 子量為40,則 A 氣體的分子量是多少?

(18)

6.25oC 時,將2atm5LNO1atm、 L2 的 2 O ;同溫下,同時置入 L1 的容器 中,求混合後的總壓是多少? 7.25oC 時,將2atm5L 2 H 與1atm、 L2 的F2,同時置入 L1 的容器中,求混 合後的總壓是多少? 四.氣體收集的總壓探討: 1.氣體收集的方法: (1)排水集氣法:適用於難溶於水的氣體,如,氧氣、氮氣、氫氣、二氧化碳….。 (2)向上排氣法:適用於易溶於水且比空氣重(分子量大於29)的氣體,如,氯化氫 ) (HCl 、氯氣(Cl2)、硫化氫(H2S)、二氧化碳(CO2)….。 (3)向下排氣法:適用於易溶於水且比空氣輕(分子量小於29)的氣體,如,氨氣 ) (NH3 。 2.液體的飽和蒸氣壓: (1)定義:於定溫下,密閉容器中的液體,當液面氣體的凝結速率與液體的蒸發速率 相等時,此時液面上的氣體壓力,即稱之為此液體於該溫度下的飽和蒸氣壓。 (2)因素:飽和蒸氣壓的大小只與液體的種類、當時的溫度有關;與容器體積與是否有 無其他氣體存在無關。 3.收集氣體蒸氣壓的校正(只與難溶於水的氣體有關):(單位均是mmHg) (1)內外等高:如圖2 15 所示。此時的壓力關係式是 水蒸氣 大氣 氣體 水蒸氣 氣體 大氣 P P P P P P      。 (2)內高外低:如圖2 16 所示。此時的壓力關係式是 1 10 13.6 h P大氣氣體水蒸氣氣體水蒸氣PPhcm水PP   10 1 13.6 h P P P   氣體大氣水蒸氣   (3)內低外高:如圖2 17 所示。此時的壓力關係式是 2 10 13.6 h P大氣氣體水蒸氣大氣hcm水PPP   10 2 13.6 h P P P   氣體大氣水蒸氣  

(19)

圖2 15 圖 2 16 圖2 17 8.若已知25oC 時,水的飽和蒸氣壓為24mmHg,裝有活塞的鋼筒內中有氮氣與少量 的水,此時總壓為500mmHg;於溫度不變的情況下,則 (1)若容器體積減半,則桶內的氣體總壓是多少?水的飽和蒸氣壓又是多少? (2)若容器體積加倍,桶內仍有水的存在,則桶內的氣體總壓是多少?水的飽和蒸氣 壓又是多少? 9.若已知27oC 時,水的飽和蒸氣壓為24mmHg,以排水集氣法收集123mL的未知氣 體,且重量為0.368公克,此時的溫度為27oC、壓力為760mmHg,則該未知氣 體的分子量是多少? 10.於17oC750mmHg下,以排水集氣法收集氧氣200mL,此時瓶內水面較瓶外水 面低4cm,求乾燥氧氣的分壓及於STP下氧氣的體積。(17oC時, 2 20 ) H O PmmHg 11.於1atm27oC 下,體積2.0L的開口容器放入32g的某固體後密封,當加熱至 C o 127 時,該密封容器內的壓力為5.43atm。假設於127oC時所有固體完全昇華 成氣體,則 (1)該固體完全昇華成氣體後,對容器所造成的分壓是多少? (2)該固體的分子量是多少?

(20)

12.使用一個鋼瓶內裝有氦氣,體積為25.0L、壓力為10.0atm,來填充汽球,而每個 汽球的體積為1.0L、壓力為1atm,則最多可填充多少個氣球? 13.於25oC 1atm下,以排水集氣法收集氧氣2980mL。若25oC 時,水的飽和蒸氣 壓為24mmHg,則所收集的氧氣是多少莫耳? 14.在1000mL的氧氣中放電,並產生臭氧。反應後同條件下總體積變成900mL,則 (1)氧氣變成臭氧的百分率是多少? (2)混合氣體中,臭氧的莫耳分率是多少? 15.於 12.0 公升的甲容器中,置入4.0atmA氣體;另在4.0 公升的乙容器中,置入 8.0atmB氣體。甲乙兩容器間以一個體積可忽略不計的毛細管相連,當活門打開 後,兩氣體於恆溫下達平衡(不相互反應),則 (1)容器甲的總壓是多少? (2)AB兩氣體的莫耳數比是多少? (3)甲、乙兩容器內的總莫耳數比是多少? (4)A氣體在甲、乙瓶內的莫耳數比是多少? (5)甲容器中,AB氣體的莫耳數比是多少? 16.右圖為三個分別裝有相同理想氣體的定容器,剛開始 時所有活栓全關閉,各容器的體積與壓力如右圖所示 。則定溫下,打開活栓後達平衡時,容器內的總壓是 多少?(忽略活栓的體積) (A)3.60 (B)3.98 (C)4.17

(21)

17.已知,有甲烷(CH4)與乙炔(C H2 2)的混合氣體,其重量比為12:13,則其分壓比是 多少? (A)3:2 (B)2:3 (C)12:13 (D)13:12 (E)3:8。 18.於 1.0 公升的真空容器中,溫度保持100oC,逐漸滴入1.0 公克的水,並測量其內部 的壓力,則下列各圖中,最能代表容器內部水量( )w 與壓力( )P 的關係圖是(92 指考) (A) (B) (C) (D) (E) <Homework 2-3> 1.等重量的氫氣與氧氣混合於同一容器中,則其分壓比PH2 :PO2是多少?(16:1) 2.等重量的HeCH4、SO2混合於同一容器中,則 (1)莫耳數比。(16:4:1) (2)CH4的莫耳分率。 ) 21 4 ( 3.密閉容器中含有定量的氣體,則下列各項改變中,不會影響氧氣分壓的是 (A)定容下, 溫度升高 (B)定溫、定容下加入氮氣 (C)定溫下,縮小容器體積 (D)定溫定容下,抽出

(22)

部分氣體。(B) 4.等重的氧氣與甲烷(CH4)混合氣,總壓為760mmHg ,則甲烷的分壓是多少mmHg (A)253 (B)380 (C)507 (D)760。(C) 5.下列因素中,會影響液體飽和蒸汽壓的有 (A)液體種類 (B)溫度 (C)液面壓力 (D)容器 體積 (E)是否含有其他氣體。(AB) 6.某溫度時,裝有活塞的鋼瓶內有氮氣與少量的液態水,此時的總壓為600mmHg,同 時此溫度下水的飽和蒸汽壓為27mmHg;今於同溫下將鋼瓶體積減半,則鋼瓶內壓 力變成多少?(1173mmHg) 7.於25oC1atm下以排水集氣法收集氧氣2980mL;若同溫下,水的飽和蒸汽壓為 mmHg 24 ,則所收集的氧氣有幾莫耳?(0.12) 題 組 : 以 細 玻 璃 管 連 接 A 、 B 兩玻 璃球 ; A 球 體積2.0L, 裝 有 甲 氣 體 壓 力 為 atm 5 . 1 、B 球體積為3.0L,裝有乙氣體壓力為1.0atm。同溫下,將連通 A 、B 的 活栓打開,經一段時間後, 8.若甲氣體為氮氣,乙氣體為氦氣,則 A 球內的氣體壓力為多少atm?(1.2) 9.若甲氣體為氨氣,乙氣體為氯化氫氣體,則 A 球內的氣體壓力為多少atm?(0) 10.於25oC 1atm下,以排水集氣法收集氧氣,此時瓶內水面較瓶外水面低6.8cm 已 知 , 同 溫 度 時 水 的 飽 和 蒸 汽 壓 為24mmHg , 則 瓶 內 氧 氣 的 分 壓 是 多 少 ? ) 1 74 ( mmHg 11.於5.0L的甲容器中,裝入9atm的A 氣體,另在10.0L的乙容器中,裝入6atm 的 B 氣體,甲、乙兩容器間以一體積可忽略的玻璃管連接,當連通兩容器後(兩氣體 不互相反應),求 (1)A 的分壓是多少?( atm3 ) (2)總壓是多少?( atm7 ) (3) A 的莫耳分率是多少? ) 7 3 ( (4)甲容器中, A 、 B 氣體的莫耳數比是多少?(3:4) 12.以排水集氣法收集150mL、重0.167g的某氣體,當時溫度為25oC 、壓力為 762mmHg;已知25oC 水的飽和蒸汽壓為24mmHg,則該氣體的分子量是多少? (28) 13.某容器內含有少量的水與空氣,其平衡壓力為760mmHg。若將容器壓縮,使其體積 減半;並於同一溫度測得容器內的壓力為1500mmHg,則在此溫度下,水的飽和蒸 氣壓是多少?(20mmHg) 14.在45oC 1.0atm下, 2 4 2O 2NO N  ,達平衡時,混合的氣體密度為2.5gL。求 (1)混合氣體的平均分子量。(65.2) (2)N2O4的分解百分率是多少? 15.某容器內含有少量的水與氮氣,其平衡壓力為600mmHg,該溫度下水的飽和蒸氣 壓為27mmHg。若將容器壓縮,使其體積減半,則同溫度下,此容器的總壓力是多

(23)

16.家庭用的液化瓦斯筒,於使用期間其壓力均維持一定,直到即將用完時,其壓力才 會急速下降,而非逐漸減少,此現象與下列何者有關? (A)分壓定律 (B)飽和蒸汽壓 (C)擴散 (D)波以耳定律。(B) 17. A 、 B 、C三容器分別裝有HCl( )gNH3( )gCH4( )g , 如右圖;當所有活栓都關閉時,測得每一容器的壓力均 為2.0atm,若將活栓打開後,三容器的氣體混合均勻後 ,則 (1)容器的總壓是多少?(4 ) 3atm (2)NH3( )g 的莫耳分率是多少?(0.25)

第二章

化學反應速率

在許多的化學反應中,有些反應可以在很短的時間內,即達到平衡。如,酸鹼中和、 氫氣點火燃燒;然而有些反應卻非常緩慢。如,鐵的生鏽。故,對於不同的化學反應而 言,其反應速率的快慢亦有很大的差異;即使相同的反應,於不同的條件下,其反應 速率亦有很大的差異。如,氫氣和氧氣在常溫下幾乎不起反應,若藉由點火則可使其反 應速率變快很多。同樣地,在潮濕的環境下,鐵的生鏽反應則有明顯的變快。因此,在 化學反應過程中,反應物如何轉變成生成物?為什麼有些反應很快?而有些反應很慢? 又如何設計一實驗或方法來測得反應的速率?接下來逐一為您找出答案。 7-1 碰撞學說 一個反應能否進行?首要條件是參與反應的粒子必須能相互碰撞或彼此相當接近, 才有機會發生反應。如,鈉(Na)金屬和水能引起激烈反應;若將鈉貯存於石油中,使

(24)

其與水隔絕,則無法和水反應產生氫氣。然而並不是參與反應的粒子相互碰撞,就可以 發生反應。如,氮氣和氧氣為大氣中的主要成分,於常溫、常壓下(1atm25 Co )並無 法反應產生氮的氧化物,因此就有了下列名詞的出現: 一.碰撞學說:在反應的過程中,參與反應的粒子必須撞在一起,才有機會產生化學鍵 的破壞與生成,進而發生化學反應。要發生化學反應一定要碰撞,但有碰撞不一定 會發生反應,當反應物的能量不夠或是其碰撞的位向不對,都可能無法使反應進行。 二.有效碰撞:在參與反應粒子的多數碰撞中,只有少部分會引起反應,而這些少部分 的碰撞即稱之為有效碰撞,而剩下未發生反應的碰撞,則稱為無效碰撞。有效碰撞 的條件有位向須正確與能量須足夠,缺一不可。 1.有效碰撞的位向因素: (1)分子的碰撞方位對反應是否有效也有決定性的影響。 (2)例子:如,NOCl2的反應,其反應方程式如下所示: 2 NO Cl NOCl Cl 。一般而言,反應可能的碰撞位向有很多種;但屬於方位 正確的有效碰撞的只有一種情形,如圖7 1 所示。 2.有效碰撞的能量因素: (1)粒子間的碰撞除了正確的位向外,仍須達到足夠的能量才可引發反應。 (2)例子:如,NOCl2的反應,其反應方程式如下所示: 2 NO Cl NOCl Cl ,雖然碰撞為向正確,但能量不足,仍屬於無效碰撞。如 圖7 1 所示。 3.唯有同時具有正確的碰撞位向與足夠的能量,才可使反應進行。如圖7 1 所示。 碰撞位向不正確 碰撞位向正確但能量不足 碰撞位向正確且有足夠能量 圖7 1

(25)

三.活化錯合物與活化能:以NO Cl 2 NOCl Cl 作為例子,其反應過程中的能量變 化,如圖7 2 所示。 圖7 2 NO Cl 2 NOCl Cl 之位能曲線圖 1.低限能:欲發生反應時所需的最低能量,是屬於動能。 2.活化錯合物(活化複合物):於化學反應過程中的中間產物。當具有低限能分子充分接 近時,舊的鍵結尚未完全斷裂而新的鍵結也尚未完全產生時,所形成的一種具有高 位能結合體,是一種過渡粒子,如圖中的NOCl2。 3.活化能:由反應物或生成物變成活化錯合物時所需的能量,屬於位能。 (1)正反應活化能(Ea):活化錯合物之位能-反應物之位能。 (2)逆反應活化能( ' ) a E :活化錯合物之位能-生成物之位能。 4.反應熱( H ):化學反應前後之能量變化。 (1)算法:H 正反應活化能-逆反應活化能 ' a a E E  

生成物總生成熱-反應物總生成熱

反應物總燃燒熱-生成物總燃燒熱

反應物總鍵能-生成物總鍵能

生成物總熱含量-反應物總熱含量 (2)H 0:為吸熱反應。如圖7 3 。 (3)H 0:為放熱反應。如圖7 4 。 圖7 3 吸熱反應之位能圖 圖7 4 放熱反應之位能圖 5.活化能的性質: (1)活化能較高者,能發生反應的粒子比較少,所以反應速率比較慢;反之,活化能 較低者,能發生反應的粒子比較多,所以反應速率比較快。 (2)化學反應的活化能必大於零,但放射性元素的衰變活化能會等於零,就是不需要

(26)

能量,便可發生衰變反應。 (3)活化能與低限能的量值相同,但意義不同;活化能是位能,而低限能則是動能。 1.對於一化學反應而言,活化錯合物的位能高低,決定於 (A)溫度高低 (B)反應物的本 性 (C)顆粒大小 (D)反應物濃度。 2.下列關於碰撞學說的敘述中,錯誤的是 (A)反應物粒子互相碰撞就會發生反應 (B)發 生碰撞的反應物粒子具有足夠的能量就能發生化學反應 (C)發生碰撞的反應粒子須 有足夠的能量及正確的碰撞位向才可發生反應 (D)發生碰撞的反應物粒子雖有正確 位向但不具足夠能量仍無法發生反應 (E)在反應容器中之反應粒子大部分都具有足 夠能量而可形成活化錯合物。 3.下列關於活化能的敘述中,正確的是 (A)一反應之活化能愈大,則反應速率愈快 (B) 加入催化劑不會改變反應之活化能 (C)溫度降低時,反應之活化能亦降低 (D)反應之 活化能愈大,則溫度對反應速率之影響愈明顯。 4.下列關於活化能的敘述中,正確的有 (A)活化能愈低,反應愈快 (B)活化能愈大,反 應熱愈大 (C)對同一反應而言,粉狀的反應物與塊狀的反應物其活化能相同 (D)活化 能的大小與濃度無關 (E)當正反應活化能大於逆反應活化能時,該反應為吸熱反應。 5.某反應的反應位能圖,如右所示,則 (1)反應機構為何? (2)全反應方程式? (3)正反應的活化能是多少? (4)全反應的反應熱是多少? (5)中間產物為何? (6)催化劑為何?

(27)

6.下列有關

H 50

kJ

mol

反應的敘述中,正確的是 (A)生成物位能較反應物位能高 kJ 50 (B)活化錯合物的位能較反應物高50kJ (C)正反應活化能較逆反應活化能低 kJ 50 (D)活化錯合物的位能較生成物高50kJ 。 7.下列各反應中,活化能最低的是 (A)碳粉燃燒 (B)碳酸鈣分解 (C)黃磷自燃 (D)石墨轉 變成金剛石。 8.已知,反應H2(g) I2(g) 2HI(g),當不加催化劑時之正反應活化能為

50

kcal

mol

若加入Pt作為催化劑時,則正反應活化能變成

20

kcal

mol

。若HI(g) 2kcal

) ( 2 ) ( 2 2 1 2 1 g g I H  ,則: (1)未加催化劑之逆反應活化能是多少

kcal

mol

? (2)加入催化劑之逆反應活化能是多少

kcal

mol

(28)

9.設反應C2H4H2 C2H6中,C2H4、H2、C2H6的莫耳燃燒熱分別是

a

b

c

千 焦耳;又其正反應活化能為

d

kJ

mol

,則該反應的逆反應活化能是多少

kJ

mol

? 10.已知,反應CO NO 2 CO2N2,則下列各種碰撞型式中,屬於有效的碰撞的是 11.在常溫常壓下,將氫氣與氧氣混合,並不會發生化學反應,其主要原因是 (A)平衡 常數太小 (B)反應活化能太高 (C)反應物濃度過低 (D)壓力太低。 12. 某 一 反 應 , A(aq) B(aq) C(aq)的 正 反 應 活 化 能 為 20 kJ mol , 逆 反 應 活 化 能 為 65kJ mol ,則該反應的莫耳反應熱是多少? (A)-20 (B)-45 (C)-130 (D)85 kJ。(81 日 大) <Homework 7-1> 1.已知,某化學反應之反應過程位能變化曲線圖,如下圖所示。其反應方程式如下

(29)

2( ) 2( ) ( ) 1 1 8.4 2H g 2I gHI g  千焦耳 ,則: (1) 上 式 方 程 式 中 的 反 應 熱 相 當 於 右 圖 中 A 、B、C 之何者?(B) (2)此反應之活化能為 83.7 千焦/莫耳,當該反 應逆向進行時,其活化能是多少?(92.1) (3) 承 (2) , 此 逆 反 應 之 反 應 熱 是 多 少 ? ) 4 . 8 ( kJ (4)圖中之反應途徑與,何者比較容易進行?(1) 2.某化學反應之位能變化曲線圖,如右圖所示,則: (1)表示生成物的位能是 。(1) (2)表示正反應的活化能是 。(3) (3)表示逆反應的活化能是 。(4) (4)表示反應熱的是 。(2) (5)表示反應物的位能是 。(6) 3.下列各種關於氯化氫與氨反應生成氯化銨的反應碰 撞位向圖中,屬於有效碰撞的是 (A) (B) (C) (D) 4.已知CO(g)NO2(g) CO2(g)NO(g),H 234kJ,若正反應之活化能為154kJ , 則逆反應之活化能是多少?(388kJ) 5.下列各項敘述中,錯誤的是 (A)反應速率與有效碰撞頻率成正比 (B)反應速率與碰撞 頻率成正比 (C)加熱時使得有效碰撞分率加倍時,則反應速率亦必加倍 (D)加熱時影 響反應速率的因素僅為動能一項。(B) 6.對於同一化學反應的活化能而言,下列各項敘述中,正確的是 (A)活化能愈大,反應 速率愈大 (B)溫度下降時,活化能隨著降低 (C)活化能愈大,反應熱越大 (D)催化劑 會改變活化能。(D) 7.下列各反應中,活化能最低的是 (A)碳粉燃燒 (B)CaCO3的分解 (C)黃磷自燃 (D)蠟之 燃燒。(C) 8.已知,有一化學反應的反應熱H 50kcal,則下列各項敘述中,正確的是 (A)活 化複體位能較反應物位能高50kcal (B)活化複體位能較生成物位能高50kcal (C)正 向活化能較逆向活化能高50kcal (D)逆向活化能較正向活化能高50kcal。(D) 9.反應過程中,活化錯合物位能的大小,與下列哪些因素有關 (A)溫度高低 (B)反應物 的本質 (C)反應途徑 (D)是否使用催化劑 (E)反應物濃度的大小。(CD)

(30)

10.已知,一氧化碳與二氧化氮之反應位能曲線圖 如下所示,則下列敘述中,正確的是 (A)正反應 的活化能為134kJ (B)逆反應的活化能為368kJ (C)正反應活化能大於逆反應活化能 (D)此反應放 熱234kJ (E)H  234kJ。(ABD) 11.下列有關碰撞學說與活化能的敘述中,錯誤的 有 (A)反應物粒子碰撞不一定會發生反應 (B)反應物粒子只要碰撞位向正確,均會生 成活化錯合物 (C)活化能為活化錯合物的位能 (D)活化能大者,則反應熱必大 (E)某 反應的活化能為100kJ ,則其逆反應的活化能為100kJ 。(BCDE) 12.下列各圖形中,最能表示黃磷於空氣中可自燃的能量變化曲線圖是,(C) (A) (B) (C) (D) 13. 下列關於活化能的敘述中,正確的是 (A)活化能低的反應,反應速率比較快 (B)溫度 愈高,活化能愈小 (C)活化能愈大,反應熱愈大 (D)濃度愈大,活化能愈小。(A) 14.已知,熱化學反應方程式,C( )sO2( )gCO2( )g   H 394kJ,則下列各項敘述中, 正確的有 (A)上述反應為吸熱反應 (B)石墨的莫耳燃燒熱為394kJ (C)石墨燃燒生成二 氧化碳的活化能為 394 kJ mol (D)石墨加氧氣的位能比二氧化碳的位能低394kJmol 。 (B) 7-2 反應速率 一個化學反應進行的快慢,可用單位時間內反應物或生成物濃度的改變量來加以定 義 , 稱 之 為 反 應 速 率 , 一 般 以 rR來 表 示 。 數 學 式 如 下 所 示 , ( ) ( )r  M  濃度的改變量 反應速率 ( t) 時間的改變量 一.反應速率的定義:

(31)

1. 單 位 時 間 內 反 應 物 的 減 少 量 , 亦 可 說 成 反 應 物 的 減 少 率 。 時間 反應物減少量 反應速率   。 2. 單 位 時 間 內 生 成 物 的 增 加 量 , 亦 可 說 成 生 成 物 的 增 加 率 。 時間 生成物增加量 反應速率   。 二.反應速率的表示法:若有一反應方程式如下:aA bB cC dD ,[ A]、[B]、[C]、 ] [D 分別表示 A 、 B 、C 、 D 的濃度,則 1. A [ ] ([ ] [ ] ) A A A r t t t        末 初 末 初 ,此方程式來表示 A 的消耗速率,因為 A 的量是逐漸減 少的,所以多一個負號是為了使rA變成正的。 2. B [ ] ([ ] [ ] ) B B B r t t t        末 初 末 初 ,此方程式來表示 B 的消耗速率,因為 B 的量是逐漸減 少的,所以多一個負號是為了使rB變成正的。 3. C [ ] ([ ] [ ] ) C C C r t t t        末 初 末 初 ,此方程式來表示C 的生成速率,而C 的量是逐漸增 加的,所以不需要多一個負號rC仍然是正的。 4. D [ ] ([ ] [ ] ) D D D r t t t        末 初 末 初 ,此方程式來表示 D 的生成速率,而 D 的量是逐漸增 加的,所以不需要多一個負號rD仍然是正的。 5. 整 個 反 應 的 反 應 速 率 r 1 [ ]A 1 [ ] 1 [ ]B C 1 [ ]D a t b t c t d t               , 亦 可 表 示 成 1 1 1 1 A B C D r r r r r a b c d         。 6.亦可歸納成,rArBrCrDabcd。 三.反應速率的單位: 1.氣體反應: atm 時間、 mmHg 時間 、 M 時間。 2.水溶液反應: M 時間。 3.固體反應:公克 時間或 莫耳 時間。 4.時間的單位,通常有秒、分、小時、天或年。

(32)

1. 已 知 , 某 化 學 反 應 為 A(g) 3B(g) 4C(g), 其 反 應 速 率 的 表 示 為 t C z t B y t A x R            [ ] [ ] [ ],則

x

: y :

z

是? 2.已知,丁烷與氧反應可生成CO2與H2O,今於1atm、0oC下,丁烷以每分鐘2.24 升之速率消耗,則於同狀況下CO2的生成速率是多少? 3.已知,某反應3A2BC,且 1 2 3 [ ]A [ ]B [ ]C r k k k t t t             ,求 (1)k1:k2:k3=? (2)若關係改成 1 [ ] [ ] A k A t   ; 2 [ ] [ ] B k A t   ; 3 [ ] [ ] C k A t   ,則 k2= k1,k3= k1。 四.反應速率的測定:通常以反應物或生成物於反應過程中,有明顯變化或較易測定的 性質,來測得反應速率。 1.顏色的改變:以反應, 200 ( ) 2( ) 2( ) ( ) oC g g g g CONO CONO 為例子,除了NO2是紅 棕色外,其餘皆為無色氣體。所以可於反應進行中發現紅棕色越來越淡,故可由比 色法或光譜分析得知其反應速率。 2.壓力變化(定溫、定容下)或體積變化(定溫、定壓下):適用於氣相之反應,而且反應 前後氣體總莫耳數有改變者。 如,定溫、定容下,反應 2 5( ) 2( ) 2( ) 1 2 2 g g g N ONOO ,可利用反應過程中的壓力變化 量求得反應速率。 而另一反應 200 ( ) 2( ) 2( ) ( ) oC g g g g CONO CONO ,則無法利用此方法求得反應速率。 3.pH 值變化:常利用於酸鹼中和的反應。酸鹼反應時,可利用指示劑測定酸或鹼的 pH

(33)

COOH

CH3 (乙酸)C2H5OH (乙醇)CH3COOC2H5(乙酸乙酯)H2O

酸性 中性 中性 中性

4.沉澱物的改變量:常利用於反應過程中有沉澱物生成者。如,

3(aq) (aq) 3(aq) ( )s

AgNOHClHNOAgCl

5.導電度的改變:對於溶液中的離子反應,可測其溶液中反應前後的導電度變化,來 得知反應速率的快慢。如, 2 ) (OH Ba (強導電性)H2SO4(強導電性)BaSO4(無導電性)H2O 五.平均速率與瞬時速率:以反應aAB為例。 1.平均速率: (1)定義:單位時間的時間間隔較長的反應速率。 (2)表示:R [ ]A t     。 (3)於反應物濃度對時間所作的圖中,兩點間斜率之絕對值就是平均速率。 2.瞬時速率: (1)定義:單位時間的時間間隔趨近於零的反應速率。 (2)表示:R d A[ ] dt   。 (3)於反應物濃度對時間所作的圖中,該點切線斜率之絕對值就是瞬時速率。 4.下列各種操作中,可增加食鹽溶於水中的速率,但不影響溶解度的是 (A)增高溫度 (B)將鹽磨細 (C)選取大顆的鹽粒以增加面積 (D)加大液面壓力。

5.下列各種 單位中, 不能用來表示反應速 率 的有 (A)

atm

min

(B)gs (C)

L

hr

(D)

min

L

mol

(E)

mol

s

L

6. 下 列 各 種 反 應 中 , 於 定 溫 定 壓 下 , 不 能 用 總 壓 變 化 來 測 定 反 應 速 率 的 有 (A) ) ( 3 ) ( 2 ) ( 2 g 3H g 2NH g N   (B)I2(g)H2(g) 2HI(g) (C)N2O4(g) 2NO2(g) (D) ) ( 2 ) ( 4 ) ( 3 6 4PH gP gH g

(34)

7. 下 列 各 種 反 應 中 , 於 定 溫 定 壓 下 , 可 利 用 體 積 變 化 來 測 定 反 應 速 率 的 有 (A) (aq) (aq) ( )s Ag Br AgBr (B)N2( )gO2( )g 2NO( )g (C) ( ) 2( ) 2( ) 1 2 g g g NOONO (D) 3( ) ( ) 2( ) 2KClO s 2KCls 3O g (E)4HBr( )gO2( )g 2H O2 ( )g 2Br2( )g 。 8.根據下列各反應方程式,寫出最適合的反應速率測定方法: (1)CH3CHO(g) CH4(g)CO(g)(壓力或體積) (2)[Co(H2O)6](2aq) 4Cl(aq)  [CoCl4]2(aq) 6H2O(l)(顏色) (3)CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O(導電度或pH ) (4)Pb(NO3)2(aq) 2KI(aq) PbI2(s)2KNO3(aq)(顏色或沉澱物) 9.定 溫時 , 下列 關 於N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)的 反 應 速 率 關 係 式 中 , 正 確 的 是 (A) t NH t N       [ 2] 2 [ 3] (B) t H t N      3 [ 2] [ 2] (C) t N t H        [ 2] 3 [ 2] (D) t P t N        總壓力 2 2 (E) t n t nH NH      2 2 3 3 。 10.已知,2N2O5(g) 4NO2(g) O2(g),其反應速率可表示成 [ ] ] [ 5 2 1 5 2 k N O t O N    ; ] [ ] [ 5 2 2 2 k N O t NO   ; [ 2] k2[N2O5] t O   ,試寫出k1、k2、k3的關係式。

(35)

11.下列關於反應速率的敘述中,錯誤的是 (A)反應速率就是反應的快慢 (B)單位時間內, 反應物濃度的改變量即是反應速率 (C)反應過程中,反應的瞬時速率均相同 (D)一般 的化學反應速率是指平均速率。 12. 於 45oC 的 恆 溫 槽 中 加 入 2.0M 5 2O N 溶 液 2 公 升 , 使 其 進 行 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 5 2 4 2N O gNO gO g 反應,20分鐘後可產生0.36莫耳的氧氣,則 (1)N2O5溶液的濃度變成多少 M ? (2)以N2O5的濃度變化,表示最初20分鐘的反應速率。 13. 已 知 , 反 應 2N2O5(g) 4NO2(g) O2(g)中 , 0.10 min ] [ 2 M t NO    , 則     t O N ] [ 2 5 ? 14.已知,反應CuO( )sNH3( )gN2( )gH O2 ( )gCu( )s (未平衡),乃是於120oC的密閉容 器中進行,則 (1)平衡上述方程式。 (2)於本實驗中,反應速率的測定,可利用何種方法? (3)如果於(2)中,所測得的反應速率是X ,則NH3的消耗速率是多少? (4)承(3),則H O2 的生成速率是多少?

(36)

15.已知,反應方程式2A( )gB( )gC( )g 為一不可逆反應,假設反應前的壓力ABC 分別是Po、0、0atm;若反應進行過程中,溫度保持不變,而ABC的壓力又分別 是PAPBPC,則下列各種壓力與反應時間的關係圖中,正確的有 (84 日大) <Homework 7-2> 1.丁烷(C H4 10)與氧氣反應可生成CO2與H O2 ,今於1.0atm、0oC下,丁烷以每分鐘 2.5 公升的速率消耗,同狀況下,求 (1)氧氣的消耗速率?

(

16

.

25

L

min

)

(2)二氧化碳的生成速率?

(

10

.

0

L

min

)

(3)水的生成速率?

(

12

.

5

L

min

)

(4)整個反應的反應速率?

(

2

.

5

L

min

)

2.下列各反應之反應速率測定的依據,正確的是 (ABCE) (A)CaCO3( )s 加熱CaO( )sCO2( )g (定溫定容下,測壓力變化)

(B)AgNO3(aq)HCl(aq) HNO3(aq) AgCl( )s (沉澱物量的改變)

(37)

(D)CH COOH C H OH3  2 5 CH COOC H3 2 5H O2 (顏色改變) (E)H CO2 3(aq) Ba OH( )2(aq) 2H O2 ( )lBaCO3( )s (導電度的改變)。 3.若反應30CH OH B H3  10 1410 (B OCH3 3) 22H2之反應速率 10 14 [B H ] r t    ,則下列 敘 述 中 , 正 確 的 是 (A) [ 3 ] 30 CH OH r t    (B) 3 3 [ ( ) ] 10 B OCH r t    (C) 3 3 [ ( ) ] 10 B OCH r t    (D) [ 2] 22 H r t    (E) 2 [ ] 22 H r t    。(ABD) 4.今有一實驗2N O2 5( )g 4NO2( )gO2( )g ,結果如下:最初時反應容器中加入1.0M 2 5 N OCCl4 溶液 1.0 公升,於45oC 下進行反應10 分鐘,可生成氧氣 0.18 莫耳, 則 (1)此時反應容器中N O2 5的濃度是多少 M ?(0.64) (2)rN O2 5=?

(

0

.

036

M

min

)

5.已知,反應N2( )g 3H2( )g 2NH3( )g ,其反應速率可表示成 2 2 3 1 2 3 [ ] [N ] [H ] NH R k k k t t t               ,則下列敘述中,正確的有 (A)k2 3k1, 3 2 1 kk (B)k1 3k2, k12k3 (C) 2 2 [ ] 1 [ ] 3 N H t t    (D) 3 2 [ ] [ ] 3 2 NH H t t        (E) 3 2 [ ] [ ] 2 NH N t t        。(BCD) 6.已知,五氧化二氮的分解反應方程式為,2N2O5(g) 4NO2(g) O2(g)。若於STP下, 5 2O N 的消耗速率為

0

.

2

M

s

,則O2的生成速率是多少?

(

0

.

1

M

s

)

7.下列括弧內所選用的成分物質,在測定各反應速率時,是否最為方便?選出錯誤的表 示法(B)

(A)Ag(aq)NO3(aq)CH3I(s)AgI(s)CH3NO3(AgI

的量) (B)N2(g) O2(g) 2NO(g)(總壓力)

(C)CaCO3(s) CaO(s) CO2(g) (CO2的量) (D)CO(g) NO2(g) CO2(g) NO(g) (NO2的量) 8.已知,反應2A 4BC,其速率式可表示成 t C k t B k t A k r            1 [ ] 2 [ ] 3 [ ],試 寫出k1、k2 、k3的關係式。(k1:k2 :k3=2:1:4)

數據

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參考文獻

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