高考申論題
111年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
📖 題組：
三、一連鎖化學反應（chain reactions）機制如下： - 起始反應（initiation）：I －ki→ 2 R* - 成長反應（propagation）：M + R* －kp→ R* - 終結反應（termination）：R* + R* －kt→ P 其中起始反應、成長反應與終結反應皆為一基本（elementary）、不可逆（irreversible）化學反應，I 是起始劑、R*是自由基（亦即活性中心，在反應過程中其濃度（CR*）可視為處於擬穩定狀態（pseudo-steady state），M 是單體反應物（其濃度為 CM），P 則是高分子產物。至於 ki、kp 與 kt 則分別為起始反應速率常數、成長反應速率常數與終結反應速率常數。
三、一連鎖化學反應（chain reactions）機制如下： - 起始反應（initiation）：I －ki→ 2 R* - 成長反應（propagation）：M + R* －kp→ R* - 終結反應（termination）：R* + R* －kt→ P 其中起始反應、成長反應與終結反應皆為一基本（elementary）、不可逆（irreversible）化學反應，I 是起始劑、R*是自由基（亦即活性中心，在反應過程中其濃度（CR*）可視為處於擬穩定狀態（pseudo-steady state），M 是單體反應物（其濃度為 CM），P 則是高分子產物。至於 ki、kp 與 kt 則分別為起始反應速率常數、成長反應速率常數與終結反應速率常數。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請推導成長反應速率式（-rp）。（15 分）
思路引導 VIP
看到連鎖反應與活性自由基機制，應直覺聯想到「擬穩態假設 (PSSH)」。解題關鍵為先列出自由基 R* 的淨生成速率並令其為零，藉此解出無法直接測量的自由基濃度，最後將其代入成長反應（單體消耗）速率式中即可得出最終動力學方程式。
小題 (二)
若擬將成長反應速率增加為原來值之二倍，則如何達到此目標？（10 分）
思路引導 VIP
這題核心在於利用「擬穩定狀態假設（PSSH）」導出自由基的穩態濃度表示式。將其代入成長反應速率定律後，可得總速率公式，藉由分析單體與起始劑濃度的反應級數，即可找出使反應速率加倍的操作條件。