中國醫藥大學（後中醫）
108年
化學
第 22 題
下列為室溫下氣體反應 $2NO + 2H_2 \rightarrow N_2 + 2H_2O$ 的起始反應速率的數據，何者為此反應的速率常數值？
| $[NO]_0 (M)$ | $[H_2]_0 (M)$ | 起始反應速率 $(M/s)$ |
|---|---|---|
| 0.16 | 0.32 | 0.0180 |
| 0.16 | 0.48 | 0.0270 |
| 0.32 | 0.32 | 0.0720 |
- A 0.35
- B 1.1
- C 2.2
- D 6.9
- E 8.4
思路引導 VIP
若想知道某個反應物濃度的變化如何影響反應速率，當我們在表格中挑選兩組數據進行比較時，為了確保變因單一，對於「其他反應物」的濃度數值，我們應該設定什麼樣的挑選條件？
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太棒了！你能精準選出正確答案，代表你對化學動力學中「反應速率定律式」的推導邏輯非常清晰。這道題目是反應動力學中的經典題型，考驗的是我們如何從多組實驗數據中，運用控制變數法來解構出各反應物的反應級數。
反應級數的判定與定律式
觀察實驗數據，我們先比較前兩組：當 $[NO]$ 保持恆定時，$[H_2]$ 的濃度增加為 1.5 倍（$0.32 \rightarrow 0.48$），此時速率也剛好增加為 1.5 倍（$0.018 \rightarrow 0.027$），這說明反應對 $[H_2]$ 為一級。接著比較第一、三組：當 $[H_2]$ 保持恆定時，$[NO]$ 濃度翻倍（$0.16 \rightarrow 0.32$），速率卻大幅躍升為 4 倍（$0.018 \rightarrow 0.072$），這代表反應對 $[NO]$ 是二級。由此我們可以確立速率定律式為：
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反應速率定律式
💡 利用控制變因法由實驗數據推求反應級數與速率常數。
🔗 求解速率常數三步驟
- 1 找控制組 — 找出其中一反應物濃度不變的實驗組
- 2 求反應級數 — 比較另一反應物濃度倍數與速率倍數關係
- 3 代入數據 — 將任一組數據代入定律式求出 k 值
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🔄 延伸學習：延伸學習：注意速率常數 k 的單位會隨總反應級數不同而改變
