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高考申論題 106年 [化學工程] 物理化學(包括化工熱力學)

第 一 題

📖 題組:
五、(一)試導一級反應與二級反應之反應百分率-時間方程式。(10 分) (二)試求 t = 2 t1/2 時,兩個反應之個別反應百分率。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試導一級反應與二級反應之反應百分率-時間方程式。

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看到此題,應立即聯想化學動力學中一級與二級反應的「速率定律式」(Rate Law)與「積分速率式」。解題關鍵在於將反應物濃度 $C_A$ 表示為「初始濃度 $C_{A0}$」與「反應轉化率 $X$」的函數,即 $C_A = C_{A0}(1-X)$,並代入積分速率式中移項求得 $X$ 對時間 $t$ 的數學關係式。

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【解題思路】利用一級與二級反應的積分速率方程式,將濃度代換為轉化率(即反應百分率/100)進行數學推導。 【詳解】 已知:

小題 (二)

試求 t = 2 t1/2 時,兩個反應之個別反應百分率。

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本題測驗反應動力學中積分速率定律式與半衰期的應用。解題關鍵在於先寫出半衰期 t_1/2 與速率常數 k 的關係式,接著將 t = 2t_1/2 代入濃度-時間方程式,求得剩餘濃度比後再換算為反應百分率(轉化率)。

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【解題思路】利用一級與二級反應的積分速率定律式及半衰期關係,代入 $t = 2 t_{1/2}$ 求解剩餘濃度分率,進而換算為反應百分率(轉化率)。 【詳解】 令初始濃度為 $C_0$,$t$ 時刻之濃度為 $C$,反應百分率(轉化率) $X = \frac{C_0 - C}{C_0} \times 100% = (1 - \frac{C}{C_0}) \times 100%。

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