化學動力學 3

(1)

1 宣道中學

化學測驗化學動力學-3

S.6S 14/11/2008

1. (a) 以下反應式表示五氧化二氮（dinitrogen pentoxide）在四氯甲烷（tetrachloromethane）中的分解（decompose）：

2N2O5(

在

CCl4

中

) → 4NO2(

在

CCl4

中

) + O2(g)

(i) 建議一個實驗方法（experimental method），可用來跟隨這分解的進程，並寫出這方法的原理（principle）。 (ii) 在 318 K 時，進行了一個實驗來研習五氧化二氮分解的動力學（kinetics）。下表列出所得的結果：時間 /分鐘 0 20 40 60 80 [N2O5] / 10-2 mol dm-3 10.00 5.49 3.02 1.65 0.91 藉着繪畫一個適當的坐標圖（graph），測定這分解的速率方程式（rate equation），以及在 318 K的速率常數（rate constant）。

(iii) 這分解在 332 K 時的速率常數是在 318 K 時的速率常數的 5 倍。計算這分解的活化能（activation energy）。（8分） 2. 在 60°C，進行了三次不同的實驗，測量出 1-溴丁烷（1-bromobutane）在鹼性溶液（alkaline solution）中的水解速率（rate of hydrolysis）。起始濃度 /mol dm-3 實驗 1-溴丁烷 OH- OH -濃度的起始減少速率 /mol dm-3 A 0.1 0.1 1×10-5 B 0.2 0.2 4×10-5 C 0.3 0.05 1×10-5 (a) 試計算 (i) 1-溴丁烷

(ii) 氫氧離子（hydroxide ion）的反應級數（rate order）。

(b) 寫出反應的速率方程式（reaction rate equation）。 (c) 寫出反應的總反應級數（reaction overall order）。 (d) 計算出：

(i) 速率常數（rate constant）的數值。

(2)

2

3. (a) 寫出過氧化氫（hydrogen peroxide）水溶液的分解反應（decomposition）的化學方程式。

(b) 試解釋怎樣利用適當的儀器（appropriate apparatus），量度過氧化氫水溶液在固態催化劑（solid catalyst）存在的情況下的分解速率（rate of decomposition）。 (c) 下表列出不同濃度的過氧化氫水溶液分解的初速（initial rate）。繪畫反應的初速對過氧化氫水溶液的濃度的線圖（graph）。 [H2O(aq)] （mol dm-3_） 0.100 0.175 0.250 0.300 初速（10-4 mol dm-3 s-2） 0.59 1.04 1.50 1.80 (d) 利用 (c) 的線圖，測定該反應的級數和速率常數。 4. 以下是一盒牛奶的標籤：你的牛奶可以儲存多久？ 25ºC （炎熱的天氣） ½ 日 18ºC （室溫） 1 日 10ºC 2 日 5ºC （冰箱溫度） 4 日 (a) (i) 繪畫牛奶儲存的時間對溫度的線圖，然後描述所得的線圖。 (ii) 利用 (i) 的線圖，推斷牛奶在 15ºC 時可以儲存多久。 (b) 牛奶變酸（sour）是一個化學反應。試描述此反應的速率與牛奶儲存的時間的關係。 (c) 試描述此反應的速率怎樣隨溫度改變，並解釋你的答案。 (d) 為甚麼已煮沸的牛奶的保存時間較新鮮牛奶的長？試提出一個原因。

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3 1. (a) (i) _{(1) & (2)}

監測裝置中的壓強，因為 N2O5 和 NO2 都溶於 CCl4 而 O2 則不溶。 1，1 或量度釋出氣體的體積，因為 N2O5 和 NO2 都溶於 CCl4 而 O2 則不溶。 (ii) 繪出 ln[N2O5] 對時間的線圖 2 時間 /分鐘 0 20 40 60 80 ln[N2O5] -2.30 -2.90 -3.50 -4.10 -4.70 因 ln[N2O5] 對時間的線圖為直線，就 N2O5 而言，這是一級反應。速率 = k[N2O5]1 1 k = - 線的斜率 = 0.03 分鐘-1 （4.996×10-4 s-1） 1 （正確的線圖 2 分；速率方程式 1 分；計算 k 的數值 1 分。）或繪出 [N2O5] 對時間的線圖反應的半衰期保持恆定，就 N2O5 而言，這是一級反應。速率 = k[N2O5]1 2 1 t = 23 分鐘

(4)

4 k = 2 1 t 2 ln = 0.03 分鐘-1 或 5.0×10-4 s-1 （正確的線圖 2 分；速率方程式 1 分；計算 k 的數值 1 分。） (iii) RT E - a e A k = 1 或 ln 5 = ) 332 1 318 1 ( R E_a − Ea = 100.9 kJ mol-1 1 （方法 1 分；答案 1 分。） 2. (a) 比較 (B) 和 (C)， 速率 ∝ [OH-] 比較 (A) 和 (B)， 速率 ∝ [1-溴丁烷] ∴ 1-溴丁烷的反應級數 = 1 氫氧離子的反應級數 = 1 (b) 速率 = k [1-溴丁烷] [OH -] (c) ₂ (d) (i) ₁_×₁₀-5 = k (0.1)(0.1) k = 1×10-3 mol-1 dm3 s-1 (ii) 單位：mol-1 dm3 s-1 3. 參考教科書第二冊 p.34 例題 14-4

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4. (a) (i) The graph is a decreasing curve. As temperature increases, the shelf-life becomes shorter.

(ii) 1.3 days (b) Rate time 1 ∝ (c)

For a chemical reaction to take place, the colliding particles must possess energy greater than the activation energy, Ea. From the Boltzmann distribution, it can be seen that at a higher temperature (T2),

there are much greater number of particles with energy greater than Ea. Furthermore, at a higher

temperature, the particles move faster and the frequency of collisions also increases. Consequently, there is a higher frequency of collisions of particles with sufficient energy for the reaction to take place. Hence, the rate of reaction increases.