Re: [解題] 國二理化反應速率與平衡

看板tutor (家教)作者Bluetease (阿武隈四入道！)時間18年前 (2007/10/14 23:38)推噓6(6推 0噓 1→)

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你問到的問題，牽涉到兩個概念，一個是「平衡與限量試劑」，一個是「反應速率與濃度」。現在我們來個阿罵也聽得懂的教學版本吧！ ──────────────────────────────── 在我家的附近，有一家店專門賣「雙蛋蛋餅」。什麼叫雙蛋蛋餅呢？就是一張蛋餅要放兩個蛋，然後切成五段。我們可以用這個反應式表示：　　　　　　１餅皮　＋　２蛋　→　５小段蛋餅一般情況下，老闆對餅皮跟雞蛋的數量當然會控制得很好。如果買進１００張餅皮，就會買進２００個雞蛋。所以整個反應式就是這樣：　　　　　　１餅皮　＋　２蛋　→　５小段蛋餅反應前　　　１００　　　２００　　０反應量　　－１００　　－２００　＋５００反應後　　　　　０　　　　　０　　５００其中，反應前是沒有蛋餅的，只有餅皮跟雞蛋而已。反應中消耗了１００張餅皮，２００個雞蛋，製作出了五百段蛋餅，所以用加、減號來表示。最後雞蛋跟餅皮一起用完，所以都剩下０，而煎出了五百段蛋餅。 ──────────────────────────────── 如果某天，早餐店老闆發燒，找人代班，代班的人可能就搞不清楚訂貨的方式了。於是乎，代班的人訂了１２０張餅皮，卻只訂了１６０個雞蛋。一張餅皮要放兩個蛋，當然是雞蛋先用完，用完的時候餅皮還剩下４０張。我們這樣表示：　　　　　　１餅皮　＋　２蛋　→　５小段蛋餅反應前　　　１２０　　　１６０　　０反應量　　　－８０　　－１６０　＋４００反應後　　　　４０　　　　　０　　４００你應該已經發現了：一開始放入的量跟反應後的量，都不需要遵循１比２比５。相對的，只有「反應掉，消耗掉，或生成的量」才需要遵循１比２比５。這是很正常的現象，因為放入量可以隨我們的喜好增減，但是反應卻只以一定的比例化合。反應前與反應後的量都不需要遵循反應係數比，只有消耗與生成量需要。就是這一段的結論。所以第一小題的答案當然不是Ａ，而是Ｂ。在剛剛的圖表裡面，蛋是先耗完的，因此我們稱她為「限量試劑」，反應於何時結束，可以產出多少產物，都是由「限量試劑」決定的。因為雞蛋只有１６０個，而蛋餅的段數是雞蛋的２。５倍，所以只能產出４００段蛋餅。 ──────────────────────────────── 接下來，我們來學習「反應平衡」這一回事。阿罵喜歡打中國結，每個結必須要使用一段紅繩跟五個珠子，可是阿罵畢竟年紀大了，手不是很穩，打出來的結，每兩個裡面就有一個，會在一個小時內鬆掉。就算那個結一個小時內沒鬆掉，第二個小時也有一半的機率會鬆掉〈好慘....〉所幸，阿罵打結很熟練，速度不慢，一個小時可以打廿個結。那些鬆掉的結，阿罵到最後會把他重打一次。可是請注意，新打的結鬆掉的機率還是一樣的高。同時，我們假設一開始有紅繩２００條，珠珠７００個。我們很清楚這個反應的反應式是這樣：　　　　　　１紅繩　＋　５珠珠　→　１中國結反應前　　　２００　　　７００　　　　　　０第一個小時過後，變成這樣　　　　　　１紅繩　＋　５珠珠　→　１中國結反應前　　　２００　　　７００　　　　　　０反應量　　　－２０　　－１００　　　　＋２０反應後　　　１８０　　　６００　　　　　２０第二個小時的時候則是這樣　　　　　　１紅繩　＋　５珠珠　→　１中國結反應前　　　１８０　　　６００　　　　　２０正反應量　　－２０　　－１００　　　　＋２０逆反應量　　＋１０　　　＋５０　　　　－１０反應後　　　１７０　　　５５０　　　　　３０嗯？為什麼會有正反應跟逆反應呢？原來是因為阿罵第一個小時所打的廿個結裡面，有一半〈十個〉散開了！所以到第二個小時的時候，阿罵等於作了十個結的白工。明明打了四十個結，但是十個卻鬆掉了。第三個小時　　　　　　１紅繩　＋　５珠珠　→　１中國結反應前　　　１７０　　　５５０　　　　　３０正反應量　　－２０　　－１００　　　　＋２０逆反應量　　＋１５　　　＋７５　　　　－１５反應後　　　１６５　　　５２５　　　　　３５請注意，阿罵打結的速度是固定的，一個小時只能生產２０個中國結。可是在第二個小時過完的時候，桌面上一共有３０個結，所以當然會鬆掉１５個。這麼一來，阿罵本來三個小時產出了六十個結，但是第二個小時犧牲了１０個，第三個小時犧牲了十五個，總共散掉２５個，所以桌面上只剩下６０－２５＝３５個。其實這三個小時內，中國結的數量依然是不停增加的，只是越增加越緩慢了。而且大家應該也猜得到，當桌面上有了４０個中國結的時候，就不會再增加了。因為桌面上有四十個中國結的時候，每個小時都有一半的機率鬆開，也就是每個小時都會鬆開廿個。可是阿罵一個小時，也只打得出廿個阿！！所以如果在ｎ個小時後桌面上有４０個中國結〈耗用材料４０條紅繩，２００個珠珠〉那第ｎ＋１個小時的狀況會是這樣：　　　　　　１紅繩　＋　５珠珠　→　１中國結反應前　　　１６０　　　５００　　　　　４０正反應量　　－２０　　－１００　　　　＋２０逆反應量　　＋２０　　＋１００　　　　－２０反應後　　　１６０　　　５００　　　　　４０這個時候，阿罵作的完完全全都是白工！這種狀況，正逆反應的速度相等，反應的量不會增加，我們就稱之為化學平衡。化學平衡告訴我們幾件事：一、反應不見得是你有多少反應物，就要產生多少產物。按照阿罵原本的算盤，她覺得珠珠是限量試劑，共７００個應該可以打出１４０個中國結，可以分送給很多人。可是結果不但只能打出４０個結，而且如果他停手，總有一天檯面上的結會全部散開。二、我們再次證明了反應前、後的量跟係數無關。反應前　２００　７００　０反應後　１６０　５００　４０都跟係數比１比５比１不同。三、化學平衡無所不在，飽和食鹽水裡面還有沉澱的食鹽的時候，食鹽並不是停止溶解了，而是溶解的速度跟沉澱的速度剛好一致。吳岡伐桂伐不盡，只是因為桂生長的速度跟她砍伐的速度剛好一樣。因此，氫跟氮結合成為氨，可不見得一定會反應到最後，把氫或氮中某一個限量試劑耗完，很可能到中途，就達到了「動平衡」的狀態。此時，所有物種的量也就不會再改變了。所以，第一題的答案當然是選NH3的莫耳數成為定值。 ──────────────────────────────── 仔細觀察上面那一題，還可以發現，其實阿罵打結的速度固定，一個小時維持２０個，可是結散開的量，卻是跟結的總數成正比的。所以一開始反應並沒有平衡，要經過好幾個小時之後，反應才達到平衡。在定量化學上我們稱這種狀況叫做「反應級數不同」。阿罵的狀況可以稱之為「零級反應」，也就是他產出結的速度固定，跟手邊的繩子、珠珠的數量都無關。結散開則可稱之為「一級反應」，散開的速度跟生成物的總量成一次方正比。任何一個化學反應，隨著反應機構的不同，會有不同的「反應級數」。在第二小題裡，觀察實驗一跟二，可以發現反應的速度跟Ｂ的濃度一次正比，觀察實驗二跟三則可發現反應速度跟Ａ成兩次方正比。因此，我們將題目提供的數據跟第一個實驗作比對，就會發現Ａ濃度上升４倍，應該可以讓反應加速４的平方１６倍，Ｂ濃度降為一半，應該可以讓反應速度減半。最後得出結論，這個新實驗應該比第一個實驗快８倍。第二小題對國中生來講，並非一定要會的題目，因為反應級數涉及高中的課程章節，所以只要大概有個概念就可以了。當然，基測是可以保證不會考這種題目的。 ※ 引述《piggyhead (聊?可阿! 正無聊呢~~)》之銘言： : 1.年級：國三總複習遇到的 : 2.科目：理化 : 3.章節：反應速率與平衡 : 4.題目：【1】溫度、體積ㄧ定時，下列式子已達平衡：〈氫、氮、氨皆為氣態〉 : 3 H2 + N2 ←→ 2 NH3 ，何者是錯的? : (A)莫耳數比為 H2:N2:NH3=3:1:2 : (B)NH3的莫耳數維持定值 : 【2】已知氣體A、B會互相反應，若現在A有0.4M，B有0.05M， : 依下表判斷，則反應初速率應為何? : │ A〈M〉 │ B〈M〉│ 初速率〈M/分〉 : ─┼────┼────┼─────── : 1│ 0.1 │ 0.1 │ 12 : 2│ 0.1 │ 0.2 │ 24 : 3│ 0.2 │ 0.2 │ 96 : 4│ 0.3 │ 0.3 │ 326 : (A) 15M/分 : (B) 30M/分 : (C) 96M/分 : (D)150M/分 : 5.想法：【1】答案是B : (A)在可逆反應中，正=逆速率達平衡，此時反應物與生成物各物質的量 : "有ㄧ定比例，但不ㄧ定相等"，在這邊一定的比例不能指莫耳數比嗎? : 如果不行的話，又是什麼原因呢? : (B)會有正逆反應不斷產生，雖速率相等，可是可以說是維持"定值"嗎? : 其實在看這題時...發現觀念突然亂掉...好難過 T.T : 【2】答案是C : 不過完全不知它意思是啥.....= = : 想請問知道的人，該如何解釋及其中的正確觀念為何? 謝謝~~~~m(_ _)m -- ★朵思大王啟稟大王：根據體檢結果，我軍上下都得了一種病！ [03/25/225 14:14:21] To 朵思大王: 喔喔！是什麼病？ [03/25/225 14:14:30] ★朵思大王這個病的名稱是「後天性感知失調症候群！」 [03/25/225 14:14:55] To 朵思大王: ......那是什麼？ [03/25/225 14:15:10] ★朵思大王啟稟大王：這個病的俗名叫做「腦殘」！ [03/25/225 14:15:31] To 朵思大王: ...... [03/25/225 14:14:36] -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 61.228.173.230

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