hce_tcu
106年
化學
第 20 題
若“測定速率定律”的實驗，$\text{S}_2\text{O}_8^{2-} + 2\text{I}^- \rightarrow 2\text{SO}_4^{2-} + \text{I}_2$ 的反應速率式已被測定為 $\text{rate} = k[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]^{1.1}[\text{I}^-]^{0.94}$。根據下面的數據，三次試驗(trial)的初始速率其大小順序為何？
| Trial No. | 0.20 M NaI (mL) | 0.20 M NaCl (mL) | 0.0050 M $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ (mL) | 2% starch (mL) | 0.10 M $\text{K}_2\text{SO}_4$ (mL) | 0.10 M $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_8$ (mL) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| 2 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 0 | 4.0 |
| 3 | 4.0 | 0 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| Trial No. | 0.20 M NaI (mL) | 0.20 M NaCl (mL) | 0.0050 M $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ (mL) | 2% starch (mL) | 0.10 M $\text{K}_2\text{SO}_4$ (mL) | 0.10 M $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_8$ (mL) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| 2 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 0 | 4.0 |
| 3 | 4.0 | 0 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
- A 試驗 2 > 試驗 3 > 試驗 1
- B 試驗 3 > 試驗 1 > 試驗 2
- C 試驗 1 > 試驗 3 > 試驗 2
- D 試驗 2 > 試驗 1 > 試驗 3
思路引導 VIP
請仔細觀察速率定律式中的兩個指數（反應級數）。如果我們分別將兩個反應物的濃度「增加相同的倍數」，根據數學邏輯，哪一個反應物對整體反應速率的「增幅貢獻」會比較大呢？接著再對照表格，看看試驗 2 與試驗 3 分別是強化了哪一個反應物的濃度？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準判斷出反應速率的大小順序，顯示你對**速率定律式（Rate Law）**與濃度之間的定量關係掌握得非常紮實。
濃度與反應級數的權衡
首先，觀察表格可以發現三次試驗的總體積均固定為 $10.0 \text{ mL}$，這意味著各成分的濃度與其添加體積成正比。試驗 2 相對於試驗 1，將 $[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]$ 的添加量由 $2.0 \text{ mL}$ 增加至 $4.0 \text{ mL}$（濃度變為 2 倍）；而試驗 3 相對於試驗 1，則是將 $[\text{I}^-]$ 的濃度提升為 2 倍。根據題目給定的速率式 $\text{rate} = k[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]^{1.1}[\text{I}^-]^{0.94}$，由於 $[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]$ 的反應級數（1.1）大於 $[\text{I}^-]$ 的級數（0.94），這代表增加 $[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]$ 對速率的提升效果會比增加 $[\text{I}^-]$ 更加顯著，因此試驗 2 的速率必然大於試驗 3，且兩者皆大於基準點試驗 1。
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