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 反應速率 反應速率

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Academic year: 2022

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全文

(1)

課程名稱:反應速率 課程名稱:反應速率

編授教師:

中興國中 楊秉鈞

(2)

 反應速率

(3)

 反應速率

反應速率

( 1 )意義:化學反應的 程度。

 反應花的時間少者,反應 。  反應花的時間多者,反應 。 ( 2 )反應速率表示法:

 單位時間內反應物 的量

 單位時間內生成物 的量 ( 3 )反應速率的單位:

減少 增加

D C

B

A   

t D]

[ t

C]

[ t

B]

[ - t

A]

[ R -

 

 

 

 

 反應速率

時間 ...

質量 或

時間 莫耳濃度

或 時間

 莫耳

快慢

快 慢

t R  1

 值大

 R

值小

 R

(4)

化學反應的快慢

煙火爆炸 一瞬間

鐵銹

一段時間

銅綠

比鐵生銹久 鐘乳石、石筍

數千年

(5)

 影響

反應速率的因素

(6)

討論一 物質本性與反應速率

 實例討論

( 1 )鐵在空氣中容易與氧作用而生銹;而黃金則不會與氧作用。

( 2 )鈉、鉀較鎂、鋁、鐵、銅等金屬,容易與水反應

 能說明 因素影響反應速率(

物質本性 活性大者,反應快

埃及黃金古物 日常生活中鐵的生鏽

(7)

討論二 濃度與反應速率

 實例討論

( 1 )線香在純氧中的燃燒比在空氣中燃燒 。

( 2 )二鹽酸與等量大理石反應,濃度大的鹽酸產生 CO2 速率 。  能說明 因素影響反應速率( )

快 劇烈

在空氣中 在純氧中 鹽酸濃度小 鹽酸濃度大

濃度 濃度大者,反應快

(媒體: 1

, 1’35” )

CO2

CO2

劇烈

速率快

(8)

討論三 表面積與反應速率

 實例討論

( 1 )竹筷削成等質量的碎竹片後,比較容易點燃 ( 2 )吃火鍋時,總是將肉片切成薄片再燙涮。

( 3 )營火晚會的營火總是把粗木頭放在底部,愈往上木頭逐次變細。

 能說明 因素影響反應速率( )表面積 表面積大者,反應快

火柴點竹筷 火柴點碎竹片 火鍋薄肉片 營火木頭排列 火媒棒

(媒體: 1

, 1’30” )

(9)

 顆粒大小與表面積的關係

( 1 )討論:邊長 3 公分正方體切成邊長 1 公分之正方體  表面積由 cm2 增加至 cm2 ,増為 倍。

 正方體每邊若分割為 n 份,則共可分為 個小立方體,

 邊長變為 1/n 倍時,總表面積增為 倍。

( 2 )物質質量相等時,顆粒愈小者,表面積愈 。

 質量相等時,表面積大小:水溶液 粉末 顆粒 塊 狀

顆粒大小與表面積的關係

2

2 2

1

54

3 6 6

cm a A

2 2

2 2

162 27

1 6 6

cm a

A

個數

3

9 6

27 1

6

1

2

 

A A

54 162 3

6a2

表面積公式 

n3 n

> >

A1 A 2

分成 27 小 塊

(10)

表面積與反應速率圖說

A 大顆粒灰石 B 小顆粒灰石 C 粉末狀灰 石

2 2

2

3

2 HCl CaCl H O CO

CaCO

質量相同

濃度相同

  

 灰石表面積: A < B < C  反應速率: A < B <

C

(媒體: 1

, 2’15” )

(11)

討論四 溫度與反應速率

 實例討論

( 1 )夏天食物比在冬天容易腐敗。

( 2 )實驗室常以 進行化學反應

 能說明 因素影響反應速率(

加熱

溫度高者,反應快 溫度

實驗室的加熱 嚴禁煙火

藥品低溫保存

溫水溶解清潔錠快

(媒體: 1, 29” )

(12)

 實例討論

( 1 )催化劑:能改變反應速率的物質 (參與反應,但本質不變)

 特性  化學反應 。

 反應前後性質不變( )。

( 2 )化學上使用的催化劑( )

 在高溫高壓下,用 作為催化劑,以氫和氮製備氨氣

 雙氧水若加入 ,氧的產生較快。

( 3 )生物體內的催化劑( 、 )  能說明 因素影響反應速率

討論五 催化劑與反應速率

催化劑

觸媒

3 2O Fe

選擇性

質量不變

MnO2

酵素 酶

 g

N

 g Fe O

NH

 g

H

2 2

2

3

3    

2

3

   l  g

MnO

aq

H O O

O

H

2 2

2

2 2

2    

2

(媒體: 1, 1’21” ; 2, 2’19” ; 3

, 55’’ )

固態 水溶液 S:

: aq

氣態

液態 :

: g

l

(13)

催化劑與反應速率圖說一

 aq MnO

H O

 l

O

 g

O

H

2 2

2

2 2

2    

2

(14)

催化劑與反應速率圖說二

 血液中含有亞鐵的化合物,可催化雙氧水分解

Fe

2

O 2

(15)

 控制變因實驗法

(16)

 控制變因實驗法

: ( 1 )名詞釋義:

 :影響反應結果的可能因素,能有許多個。

 :實驗中操縱改變的變因,以觀察實驗結果。

 每次實驗時只能操縱 個操縱變因。

 :實驗中控制不變的變因,能有許多個。

 :實驗的結果 ( 2 )控制變因實驗法:

在影響結果的眾多變因中,每次實驗時只改變其中一個變因,

(此時其他變因控制不變),來觀察結果如何受其影響的實驗 方法。

( 3 )實驗規劃:

 若欲探討反應物濃度對反應速率的影響  操縱變因  。

 應變變因  。  控制變因  。

操縱變因

控制變因

控制變因實驗法

操縱變因 變因

1 控制變因

應變變因

反應物濃度 反應速率

表面積、溫度…

變變因 的影響] [ ] [

視 操縱變因 對 應 實驗目的:

(17)

溫度對反應速率的實驗探討

 實驗探討

( 1 )實驗目的:探討溫度對反應速率的影響  操縱變因  。  應變變因  。

 控制變因  。 ( 2 )實驗設計:(秒錶反應)

 反應:硫代硫酸鈉( )與鹽酸反應,會產生 色 的 沉澱。

 規劃:在不同溫度下反應,所產生的黃色硫沉澱蓋住白紙上的 記號所需的時間,換算為反應速率來做比較。

溫度 反應速率

反應物濃度、表面積、物質本性…

黃 硫

錐形瓶下放一張作 十字記號的紙

t R 1

t

反應速率

蓋住沉澱的時間

(媒體: 1

, 4’ )

硫代硫酸根離子

2 3 2

O

S

大蘇打、海波

大蘇打 蘇打

小蘇打

3 2 2

3 2

3

SO

Na

CO Na

NaHCO

HCl NaCl SO H O S O

S

Na2S2O3HClNaClSO2H2OSNaS2 O2 3HClNaClSO2H2 OS

Na2 2 3 2 2 2 2

易溶 難溶 無色 無色 無色 無色

(18)

溫度

溫度對反應速率的實驗探討

 實驗探討

:( 3 )

實驗結果:

操縱變因 控制變因 應變變因

時間愈少 溫度愈高 ,

  溫度愈高 , 反應速率愈大

( 1/t

溫度

反應 速率 R 不變的因素

變動的因素 變動的結果

(19)

 碰撞學說

(20)

『碰撞學說』解釋反應速率

 碰撞學說:

( 1 )物質由粒子組成,當彼此 碰撞時,產生新物質 ( 2 )有效碰撞條件:

 粒子有足夠 。  。

 碰撞機會增加,反應速率快(攪拌時,反應速率 )

( 3 ) 、 及, 因素,可以『碰撞學說』解釋 有效

能量 碰撞方位正確

溫度 濃度 表面積

碰撞機會小

反應慢 碰撞機會大

反應快

增加

(媒體: 1, 38” )

(21)

但不能溶的多. 溶的快,

攪拌時,

影響反應速率的因素

 影響反應速率的因素:

( 1 )物質本性:活性大,反應快 ( 2 )濃度:濃度高,反應快

 濃度高,碰撞機會增加,反應速率快 ( 3 )表面積:顆粒小、表面積大,反應快

 接觸面積大,碰撞機會增加,反應速率快 ( 4 )溫度:溫度高,反應快

 溫度高,粒子能量增加,碰撞機會增加,反應速率快 ( 5 )催化劑:改變反應速率

 催化劑本身質量無變化,對產物質量亦無影響

(媒體: 1, 2

碰撞學說解釋

(五因素) (溫度、水量) (溫度、壓力)

反應速率 溶解量 溶解度

(22)

1. 錐形瓶裏加入一定量的硫代硫酸鈉溶液及鹽酸,用手輕搖錐形瓶並計

時, 直至瓶中溶液顏色恰可遮住白紙上的十字為止。實驗結果如表,附圖是將 時間的倒數對溫度所繪成的曲線圖。試回答下列問題:

 本實驗的目的是在探討哪兩種量間的關係?

  (A) 甲、乙  (B) 乙、丙  (C) 丙、丁  (D) 甲、丁。 。  若四次實驗在停止計時瞬間,遮住十字的產物的量分別為

W 、 X 、 Y 、

Z 。下列何者是正確的? (A) W > X > Y > Z   (B) W < X < Y < Z

  (C) W = X = Y = Z   (D) 無法判斷。 。  當溫度 55℃ 時,遮住瓶底十字所需的時間為?

  (A) 28 秒  (B) 20 秒  (C) 10 秒  (D) 5 秒。 。

範例解說

D

C

C

s

t

0 . 1

t

10

1   

操縱 控制 應變

(23)

控制

範例解說

2. 貝殼與鹽酸反應,測定甲、乙、丙、丁四實驗之反應速率快慢,則:

 四次實驗中,反應速率快慢大小順序? 。  由 及 兩次實驗,可知濃度影響反應速率的快慢。

 由 及 兩次實驗,可知表面積影響反應速率的快慢。

 由乙及丁兩次實驗,可知 影響反應速率的快慢。

 由丙及丁兩次實驗,可知哪個變因如何影響反應速率的快慢?

丁>乙>甲>丙

甲 乙

甲 丙

溫度 無法判斷

 愈高溫、濃度愈大、表面積大者,反應快

(24)

3. ( )鋅粉與鹽酸反應可產生氫氣。今各加 1 公克鋅粉於定量、同濃度 的三份鹽酸中,鹽酸溫度各控制在 20℃ 、 25℃ 及 30℃ ,若鋅 粉皆

充分反應,則下列曲線圖中,何者最可能說明所放出氣體,在定 壓時,體積與時間的關係?

範例解說

( A )

( B )

( C )

( D )

 產生氫氣相等,且高溫快 C

小 高溫 , t

高溫 , t

(25)

2 2

2 2

BO A

AO B

AO O

A

2 2

2

2

B AO AO A BO

O

A      

範例解說

4.A 、 B  與氧為三種相異物質,混合後產生下列兩步驟反應:

( 甲 )   A + O2  →  AO2 ( 乙 )   B + AO2  →  A + BO2

若總反應式為 ( 丙 )   B + O2  →  BO2 ,則可推論此反應:

 反應物為 ;生成物為 。  催化劑為何? 。

 中間產物為 。 B 及 O2

 總反應式為子反應之和

2

2

BO

O

B  

BO2 A

AO2

參與第一子反應

,但本質不變 第一子反應的

生成物,接續 次一反應進行

(26)

3 2

1 96

1

5

5. 假設溫度每升高 10 ℃ ,反應速率增為原來的 2 倍,某一反應在溫度 20

需時 96 秒方能完成,則:

 當溫度升至 50℃ 時,反應會於 秒鐘內完成。

 若欲縮短反應時間於 3 秒鐘內完成,溫度需升至幾℃? ℃。

範例解說

( 時間倒數 )

t R  1

 反應速率

溫度

R

( 1/

t )

C 20

96 1

C

30 40C 50C 60C 70C 80C

48 1

24 1

12 1

6 1

3 1

12

s

t 12t 3s

70

(27)

圖(一) 圖(二)

溫度 溫度 反應

時間

反應 速率

範例解說

6. 阿鈞與阿布在探究反應速率的實驗中,分別在 A 、 B 、 C 三瓶中分別加入 Na2S2O3 及 HCl 溶液後,輕搖錐形瓶使兩溶液混合,同時開始計時,直到 生成物恰好完全遮蓋「+」字記號為止,並記錄所需的時間,則:

 若圖(一)為阿鈞測量反應時間與溫度的關係圖,則 A 、 B 、 C 濃度大 小? 。

 若圖(二)為阿布測量反應速率與溫度的關係,則 A 、 B 、 C 濃度大小 ? 。

先控制溫度變因 A 時間

少,反應快,

濃度大。

A > B > C

C 反應 快,濃度大。

A < B < C

(28)

7. ( )小明取大小略同的等量碳酸鈣固體各加入如表的三支試管中,

均勻混合後,三支試管產生氣體的速率為何? 

( A ) 甲=乙=丙 ( B ) 乙=丙>甲 ( C ) 甲>乙>丙 ( D ) 乙>丙>甲。

範例解說

B

試管 試管內的水溶液

甲 水 10mL+0.1M 鹽酸 10mL 乙 水 15mL+0.8M 鹽酸 5mL 丙 水 19mL+2.0M 硫酸 1mL

 [ H+ ] 愈大,速率愈快

l M M mol

20 1 10

10

10 1

.

0 

 

M

l M mol

20 4 5

5 1

5 8 .

0 

 

l M

M mol

20 2 4

1 9 1

1

2  

 

  乙

丙>甲

H Cl HCl

1 : 1

2 2 2

3 2HCl CaCl H O CO

CaCO

2 2 2

3 2H Ca H O CO

CaCO

] [

]

[ 

HCl H

42

4

2SO

2

H SO

H

1 : 2

 分子分母同時有毫升欲換算公升時,可以毫升直接運算

] [

] [

2

2 4

H SO H

(29)

課程結束

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參考文獻