化学教学：反应速率

解答
H2PO2－(aq)+OH－(aq) → HPO32－(aq)+H2(g)
(3) 求在 0.500 升溶液中，当 [OH－]＝[H2PO2－] ＝1.00 M 时，每分钟生成 HPO32－ 的摩尔数。
由 r(HPO32－)＝r(H2PO2－) ＝3.20×10－4×[H2PO2－]×[OH－]2
2-1.1 反应速率的定义及测量
瞬时反应速率
斜率的绝对值为 0 ∼ 10 分 的平均反应速率
斜率的绝对值为 t = 5 分 的瞬时反应速率 斜率的绝对值 为反应的初速 率
A 的平均反应速率
范例 2-2
根据课本图 2-3，回答下列问题： (1) 在 t＝0 ～ 10 分之间，双氧水的平均消耗速
率为何？ (2) 在 t＝5 分时，双氧水的瞬时消耗速率为何？ (3) 反应的初速率为何？
反应速率的测量
例如：无色的四氧化二氮 (N2O4) 气体分解成红棕 色的二氧化氮 (NO2) 气体的反应，可利用颜色深 浅变化来测定其反应速率。
(无色)
(红棕色)
因该反应的反应物与产物气体的总摩尔数不相等，
亦可于定温、定容下测其总压力的变化，或在定
温、定压下测其总体积的变化。
范例 2-3
下列何者可用括号内叙述的方法，测量其反应速率？ (A) N2O4(g) → 2NO2(g) (颜色的变化) (B) H2(g) + I2(g) → 2HI(g) (定温、定容下，总压力的变化) (C) H2CO3(aq) + Ba(OH)2(aq)
范例 2-1
解答
(3) 由反应式的系数知
Br2 之平均生成速率为 0.020 (M min－1) (4) 由反应式的系数知，总压的减少速率与氧气的
消耗速率一样， 故总压之平均减少速率＝0.33 (atm min－1)
练习题 2-1
已知哈柏法制氨的反应式为 N2(g)＋3H2(g) → 2NH3(g)， 各物质的反应速率之关系为 则 x：y：z 为何？ (A) 1：1：1 (B) 6：2：3 (C) 1：3：2 (D) 2：3：1 (E) 3：1：2
127 ℃时，在 10 升容器中， 4HBr(g)＋O2(g) → 2H2O(g)＋2Br2(g) 的反应，在 2 分 钟内消耗了 0.80 摩尔的 HBr，回答下列问题： (1) HBr 之平均消耗速率为若干 M min－1 ？ (2) O2 之平均消耗速率为若干 atm min－1 ？ (3) Br2 之平均生成速率为若干 M min－1 ？ (4) 总压之平均减少速率为若干 atm min－1 ？
对气相反应：
压 P1 力 P2
2-1.1 反应Байду номын сангаас率的定义及测量
以aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)為例：
反应速率间的关系：
rA：rB：rC：rD＝ a：b：c：d .
反应 aA(g)＋bB(g) → cC(g)＋dD(g) 的反应速率 (r) 可表示为：
范例 2-1
HPO32－ 每分钟生成 的摩尔数为
＝3.20×10－4× (1.00)1× (1.00)2 3.20×10－4×0.500
＝3.20×10－4 (M min－1)
＝1.60×10－4 (摩尔)
2-1.3 零级反应、一级反应与二级反应
零级反应
零级反应的反应速率与反应物浓度无关， 速率方程式可表为 r＝k。 如右图： 实例如下：
2-1.1 反应速率的定义及测量
反应速率的测量
反应速率的测定，必须量测到 反应前、后的具体变化量及反
应时间，故依反应物或产物的
特性，选择适当的物理量来测
量是很重要的，
分光导亮电度度计测测量量装装置置
例如：颜色、沉淀物、压力、 体积、导电度或 pH 值等的变 化量。
2-1.1 反应速率的定义及测量
练习题 2-2
解答
(1) Q 点的切线斜率
甲的瞬时消耗速率为 0.250 M min－1
(2) 由 r乙＝1/2 × r甲＝1/2 × 0.250＝0.125 (M min－1) 乙的瞬时消耗速率为 0.125 M min－1
(3) 由 r丁＝3/2 × r甲＝3/2 × 0.250＝0.375 (M min－1) 丁的瞬时生成速率为 0.375 M min－1
m 为 A 的反应级数， n 为 B 的反应级数， (m+n) 值为反应的总级数。 m 及 n 值可以是整数或非整数，与反应式的 系数 a 及 b 不一定相同，须由实验求得。 k 为反应速率常数，k 值决定于反应物特性、 温度及催化剂，与反应物的浓度及压力无关。
2-1.2
速率定律
aA + bB → cC + dD
练习题 2-4
解答
H2PO2－(aq)+OH－(aq) → HPO32－(aq)+H2(g) (2) 求此反应的速率常数。
将实验 1 的数据代入反应速率方程式 3.20 ×10－5＝k ×(0.100)1 ×(1.00)2 得反应速率常数 k＝3.20×10－4 (M－2 min－1)
练习题 2-4
2-1.3 零级反应、一级反应与二级反应
零级反应
氨分解为氮气和氢气的反应：
零级反应
2-1.3 零级反应、一级反应与二级反应
一级反应
一级反应的反应速率与反应物浓度的一次方成正比， 速率方程式可表为 r＝k[A]。 如右图： 实例如下：
具放射性的元素之衰变反应也属一级反应。
2-1.3 零级反应、一级反应与二级反应
速率方程式 ⇒ r = k[A]m[B]n
速率常数的单位： M[1－(m+n)] t－1 。
k
=
r [A]m[B]n
=
M t－1 M m+n
=
M [1－(m+n)]
t－1
反应级数 零级反应 一级反应 二级反应
k 的单位
M t－1 t －1
M－1 t－1
2-1.2
速率定律
一氧化氮与氯气反应生成亚硝氯的反应：
NO 的反应级数为 2， Cl2 的反应级数 1， 反应的总级数为 3。
范例 2-4
反应 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 的反应速率与浓度间之关 系如右所示： 依以上实验 数据，回答 下列问题：
(1) 反应物 NO 及 O2 的反应级数各为何？并写出此反 应的速率方程式。
范例 2-4
范例 2-1
解答
(1)
HBr 之平均消耗速率为 0.040 (M min－1) (2) 由反应式 4HBr(g)＋O2(g) → 2H2O(g)＋2Br2(g) 知
HBr 消耗的摩尔数为氧气的 4 倍，故有 0.20 摩尔 的氧气被消耗，又由 PV＝nRT 代入得
故 O2 之平均消耗速率＝0.66/2＝0.33 (atm min－1)
r∝[NO]2
2-1.2
速率定律
一氧化氮与氯气反应生成亚硝氯的反应：
r∝[NO]2 r∝[Cl2] r∝[NO]2[Cl2]
2-1.2
速率定律
aA + bB → cC + dD
速率方程式 ⇒ r = k[A]m[B]n
在一氧化氮与氯气反应生成亚硝氯的反应：
r∝[NO]2[Cl2] ⇒ r = k[NO]2[Cl2]
范例 2-2
解答
(1) t0 时，初浓度＝0.88 M；t10 时，浓度＝0.10 M 平均消耗速率
范例 2-2
解答
(2) t5 瞬时消耗速率即为红色线斜率的绝对值 红色线斜率的绝对值＝
范例 2-2
解答 (3)反应的初速率即为蓝色线斜率的绝对值
蓝色线斜率的绝对值＝
练习题 2-2
有一单一步骤反应为 2甲(g)＋乙(g) → 丙(g)＋3丁(g)， 甲的浓度与反应时间的关系图 如右，其中 AB 为 Q 点的切线， A、B、Q 三点的坐标 分别为(0,15)、(60,0)、(20,10)。 回答下列问题： (1) 在 Q 点时，甲的瞬时消耗速率为何？ (2) 在 Q 点时，乙的瞬时消耗速率为何？ (3) 在 Q 点时，丁的瞬时生成速率为何？
→ BaCO3(s) + 2H2O(l) (导电度的变化) (D) 4HBr(g) + O2(g) → 2Br2(g) + 2H2O(g)
(定温、定压下，气体体积的变化) (E) 2AgNO3(aq) + Na2S(aq)
→ Ag2S(s) + 2NaNO3(aq) (沉淀物的量)
练习题 2-3
下列反应，何者不能用总压力的变化来测其反应 速率？ (A) O2(g) + 2NO(g) → 2NO2(g) (B) CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) (C) N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) (D) NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) (E) CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g)
范例 2-4
解答
(1) 设反应速率方程式为 r＝k[NO]m[O2]n 由实验 1、2 的数据 得 n＝1 由实验 1、3 的数据 得 m＝2 故反应速率方程式为 r＝k[NO]2[O2]
范例 2-4
解答
(2) 将实验 1 的数据代入反应速率方程式 3.20 × 10－3＝k × (1.30 × 10－2)2 × (1.10 × 10－2) 解得 k＝1.72 × 103 (M－2 s－1)
练习题 2-4
解答
H2PO2－(aq)+OH－(aq) → HPO32－(aq)+H2(g) (1) 写出此反应的速率方程式。
设速率方程式为 r＝k[H2PO2－]m[OH－]n 由实验 1、2 的数据得 m＝1 由实验 2、3 的数据得 n＝2 故反应速率方程式为 r＝k[H2PO2－][OH－]2
1 ＝1.72×10－3(M s－1) 2
练习题 2-4
在碱性溶液中，次磷酸根 (H2PO2－) 分解成亚磷酸根 (HPO32－) 的反应式如下： H2PO2－(aq)+OH－(aq) → HPO32－(aq)+H2(g) 在 100 ℃时，次磷酸根消耗的速率和反应物初浓度之 数据如下：
依以上数据，回答下列问题：
范例 2-4
解答
(3) 将[NO]＝1.00×10－2 M、[O2]＝2.00×10－2 M、k＝1.72×103 M－2 s－1 代入反应速率方程式
可得 rNO2＝1.72×103× (1.00×10－2)2×2.00×10－2 ＝3.44×10－3(M s－1)
又
rO2＝
1 2
rNO2＝3.44×10－3×
练习题 2-1
解答
反应式为 N2(g)＋3H2(g) → 2NH3(g)
由反应式的系数知
－[N2 ] ：－[H2 ] ： [NH3] = 1 : 3 : 2
t
t
t
即 －1 [N2 ] =－1 [H2 ] = 1 [NH3]
1 t
3 t 2 t
所以 x：y：z = 1：1：1 = 6：2：3 13 2
2-1.2
速率定律
探讨反应速率与反应物浓度之关系的数学关 系式，称为： 速率定律 或 速率方程式 。
例如： aA + bB → cC + dD
r∝[A]m r∝[B]n
速率方程式 ⇒ r = k[A]m[B]n
2-1.2
速率定律
aA + bB → cC + dD
速率方程式 ⇒ r = k[A]m[B]n
2-1.1 反应速率的定义及测量
以aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)為例：
反应物 A 的消耗速率 (rA)：
反应物 B 的消耗速率 (rB)：
产物 C、D 的生成速率 (rC、rD)：
2-1.1 反应速率的定义及测量
以aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)為例：
反应速率
2-1
反应速率
2-1.1 反应速率的定义及测量 2-1.2 速率定律 2-1.3 零级反应、一级反应与
二级反应
2-1.1 反应速率的定义及测量
化学反应在进行时，
1. 反应物的量会随时间 的增加而 减少 ，
2. 产物的量则随时间的 增加而 增多 。
3. 反应速率(r)：单位时 间内反应物的消耗量 或产物的增加量。
反应 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 的反应速率与浓度间之关 系如右所示： 依以上实验 数据，回答 下列问题：
(2) 反应速率常数为何？
范例 2-4
反应 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 的反应速率与浓度间之关 系如右所示： 依以上实验 数据，回答 下列问题：
(3) 已知 [NO] ＝ 1.00 × 10－2 M、[O2] ＝ 2.00 × 10 －2 M， 则 O2 的消耗速率为何？