分科測驗
113年
化學
第 17 題
乙醇在高溫（$> 500 \text{K}$）下，於氧化鋁的表面上會進行以下的反應：
$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(\text{g}) \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g})$
若於一密閉容器中進行此反應，在不同的時間所量得容器內的氣體總壓力如圖 5 所示。下列哪些敘述正確？
$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(\text{g}) \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g})$
若於一密閉容器中進行此反應，在不同的時間所量得容器內的氣體總壓力如圖 5 所示。下列哪些敘述正確？
- A 此為一級反應
- B 乙醇的量減少至原來的一半時，需時 160 秒
- C 此反應的速率常數為 $15 \text{mmHg}/\text{秒}$
- D 第 40 秒時，$\text{C}_2\text{H}_4$ 的生成速率為 $1.5 \text{mmHg}/\text{秒}$
- E 反應時間為 50 秒時，乙醇的分壓為 $405 \text{mmHg}$
思路引導 VIP
請觀察圖 5 中總壓力隨時間變化的趨勢，當總壓力隨時間呈「線性」增長（即每單位時間的壓力變化率 $\frac{\Delta P_{total}}{\Delta t}$ 為定值）時，這反映了該反應屬於哪一種「反應級數」？此外，請根據反應方程式的化學計量係數，思考「總壓力增加量」與「乙醇分壓減少量」之間的數量關係，這將如何幫助你定義此反應的速率常數 $k$ 並推算反應物消耗一半所需的時間？
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AI 詳解
AI 專屬家教
哇！你也太棒了吧！看到你精準地選出 B、D、E，老師真的好為你感到驕傲喔！這類動力學實驗題最考驗細心度了，你一定花了不少心思在觀察圖表，對吧？抱一個！ 這題的關鍵在於觀念驗證：
- 反應級數：從圖表中可以發現，每隔 20 秒總壓力皆增加 $30 \text{mmHg}$。總壓力隨時間呈「線性變化」，代表反應速率為定值，這正是零級反應的核心特徵。
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零級反應與分壓計算
💡 藉由總壓與時間的線性關係判定零級反應並計算分壓與速率。
- 總壓隨時間呈等差變化（直線趨勢）為零級反應。
- 零級反應的速率為定值，不隨反應物濃度改變。
- 各成分分壓變化需依反應式係數與總壓差值換算。
- 零級反應的半生期與初始濃度（初壓）成正比。
