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108年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 35 題
已知化學反應 $2\text{A} \rightarrow 2\text{B} + \text{C}$ 的反應機構如下：(1) $\text{A} \rightarrow \text{B} + \text{D}$ (慢)；(2) $\text{A} + \text{D} \rightarrow \text{B} + \text{C}$ (快)，則其速率方程式為何？
- A $\text{R} = k[\text{B}][\text{D}]$
- B $\text{R} = k[\text{A}][\text{D}]$
- C $\text{R} = k[\text{A}]$
- D $\text{R} = k[\text{B}][\text{C}]$
思路引導 VIP
想像一個工廠生產線，如果零件生產需要一小時，但組裝只需要一分鐘，那麼這間工廠產出產品的速度，會由哪個環節決定？當一個化學反應包含多個快慢不同的步驟時，你會如何判斷誰才是掌握「全局速度」的那個關鍵？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學，恭喜你答對了！你能精準鎖定反應機構中的關鍵，展現了對反應動力學核心觀念的扎實掌握。
決定速率的關鍵：瓶頸效應
在多步驟的化學反應中，整體的反應速率並非由總反應式（$2\text{A} \rightarrow 2\text{B} + \text{C}$）的係數決定，而是受限於其中最慢的一個步驟，這就是所謂的「速率決定步驟」（Rate-Determining Step, RDS）。在本題提供的機構中，步驟 (1) $\text{A} \rightarrow \text{B} + \text{D}$ 被明確標註為「慢」，這意味著整個反應的產出速度會被這個步驟卡住。因此，速率方程式應直接由該基元反應寫出，即 $R = k[\text{A}]^1$。
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反應機構與速控步
💡 反應速率由反應機構中最慢的步驟（速控步）決定。
🔗 決定速率方程式三部曲
- 1 確認機構 — 檢查題目給出的所有反應步驟與條件
- 2 鎖定慢步 — 找出標示為「慢」的步驟作為速控步
- 3 寫出速率式 — 以慢步反應物濃度與其係數列出 R
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🔄 延伸學習：若慢步含有中間產物，需利用前段快平衡步驟進行代換。
