對於以下化學反應,
\[a\text{A}\ \text{+}\ b\text{B}\ \to \ \text{生成物}\]其速率方程式可寫作
\[r\ \text{=}\ k\ {{\left[ \text{A} \right]}^{m}}\ {{\left[ \text{B} \right]}^{n}}\]其中:
化學反應的級數不同時,濃度變化對其速率的影響不同。
零級反應是指反應速率與反應物濃度無關的化學過程。
參照下列物質 \(\text{A}\) 的分解過程, \[\text{A}\ \to \ \text{生成物}\] 其化學反應速率方程式可寫作: \[r\ \text{=}\ k\text{ }{{\left[ \text{A} \right]}^{\text{0}}}\ =\ k\] 可以看出:零級反應的速率不受濃度的影響,等於速率常數。
選擇右側互動中零級反應,觀察反應物的濃度隨時間的變化規律以及濃度與反應速率的關係,並回答以下問題。
題解:
零級反應的速率方程式可寫作: \(r\ \text{=}\ k\text{ }{{\left[ \text{A} \right]}^{\text{0}}}\ =\ k\)。所以,速率常數的單位與速率的單位相同。零級反應進行時,體系內反應物的濃度與時間的關係式可寫作:\(\left[ {\text{A}} \right] = {\left[ {\text{A}} \right]_0} - kt\),即反應物的濃度與時間呈直線關係。
一級反應是指反應速率與反應物濃度一次方有關的化學過程。
參照下列物質 \(\text{A}\) 的分解過程, \[\text{A}\ \to \ \text{生成物}\] 其化學反應速率方程式可寫作: \[r\ \text{=}\ k\text{ }{{\left[ \text{A} \right]}^{\text{1}}}\ \text{=}\ k\ \left[ \text{A} \right]\] 可以看出:反應速率與物質 \(\text{A}\) 的濃度成正比。
選擇右側互動中一級反應,觀察反應物的濃度隨時間的變化規律以及濃度與反應速率的關係,並回答以下問題。
題解:
一級反應的速率方程式可寫作:\(r\ \text{=}\ k\ \left[ \text{A} \right]\)。所以,\(\displaystyle { k\ \text{的單位}\ =\ \frac{\text{速率的單位}}{\text{濃度的單位}}\ =\ \frac{\text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\ {{\text{s}}^{-1}}}{\text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}}\ =\ {{\text{s}}^{-1}} } \),即一級反應速率常數的單位是 \({{\text{s}}^{-1}}\)。
一級反應進行時,體系內反應物的濃度與時間的關係式可寫作:\(\displaystyle { \log \left[ {\text{A}} \right] = \log {\left[ {\text{A}} \right]_0} - \frac{{kt}}{{2.3}} } \),即反應物的濃度的對數與時間呈直線關係。
二級反應是指反應速率與反應物濃度二次方有關的化學過程。有以下兩種情況:
對於物質 \(\text{A}\) 的分解過程:
\[\text{A}\ \to \ \text{生成物}\]其化學反應速率方程式可寫作:
\[\text{速率}\ \text{=}\ k\ {{\left[ \text{A} \right]}^{2}}\]可以看出:反應速率與物質 \(\text{A}\) 的濃度的平方成正比。
對於物質 \(\text{A}\) 和 \(\text{B}\) 的反應過程:
\[\text{A}\ \text{+}\ \text{B}\ \to \ \text{生成物}\]其化學反應速率方程式可寫作:
\[\text{速率}\ \text{=}\ k\ \left[ \text{A} \right]\ \left[ \text{B} \right]\]可以看出:反應速率與物質 \(\text{A}\) 和 \(\text{B}\) 的濃度乘積成正比。值得注意:對於物質 \(\text{A}\) 或物質 \(\text{B}\),這是一個一級反應過程。
選擇右側互動中二級反應,觀察反應物的濃度隨時間的變化規律以及濃度與反應速率的關係,並回答以下問題(互動中以物質 \(\text{A}\) 的分解過程為例,繪製了二級反應過程中物質濃度與反應速率之間的關係)。
題解:
二級反應的速率方程式可寫作:\(r\ \text{=}\ k{{\left[ \text{A} \right]}^{2}}\) 或 \(r\ \text{=}\ k\left[ \text{A} \right]\left[ \text{B} \right]\)。所以,\(\displaystyle { k\ \text{的單位}\ =\ \frac{\text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\ {{\text{s}}^{-1}}}{{{\left( \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}} \right)}^{2}}}\ =\ \text{d}{{\text{m}}^{\text{3}}}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-\text{1}}}\ {{\text{s}}^{-1}} }\),即二級反應速率常數的單位是 \(\text{d}{{\text{m}}^{\text{3}}}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\ {{\text{s}}^{-\text{1}}}\)。
二級反應進行時,體系內反應物的濃度與時間的關係式可寫作:\( \displaystyle{ \frac{1}{{\left[ {\text{A}} \right]}} = \frac{1}{{{{\left[ {\text{A}} \right]}_0}}} + kt } \),即反應物的濃度的倒數與時間呈直線關係。