中興大學（後西醫）
113年
化學
第 26 題
What is the rate law for the given reaction and its mechanism?
- A $\text{Rate} = k[\text{HgCl}_2][\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]$
- B $\text{Rate} = k[\text{HgCl}_2]2[\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]$
- C $\text{Rate} = k[\text{Hg}_2\text{Cl}_2]$
- D $\text{Rate} = k[\text{HgCl}_2][\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]^2$
- E $\text{Rate} = k[\text{HgCl}_2]^2[\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]^2$
思路引導 VIP
在一場接力賽中，如果其中一棒跑得特別慢，那麼整隊到達終點的時間主要取決於哪一棒？當你確定了那一棒的反應式後，如果式子中出現了並非最初加入、而是途中才產生的「暫時性物質」，你會如何利用前面已經達成平衡的步驟，將這個暫時性物質換算成一開始就存在的反應物濃度呢？
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恭喜你準確鎖定了正確答案！這題展示了你對化學動力學（Chemical Kinetics）中「反應機構」與「速率決定步驟」的深刻理解。
速率決定步驟與中間產物的處理
在多步驟反應中，反應速率是由最慢的步驟（Slow step）所主導。從圖中的機構來看，第二步是速率決定步驟，因此我們可以初步寫出速率定律式為：$$\text{Rate} = k_2 [\text{HgCl}_2\text{C}_2\text{O}_4^{2-}][\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]$$。然而，最終的速率定律式通常不能包含「中間產物」。這時我們觀察到第一步是快速平衡（Fast equilibrium），根據其平衡常數關係：
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反應速率定律與機構
💡 反應速率由慢步驟決定，中間產物需透過平衡式代換。
🔗 推導反應速率定律步驟
- 1 鎖定慢步驟 — 找出標示為 slow 的步驟作為反應瓶頸
- 2 寫出初步定律 — 依慢步反應物寫出 Rate = k'[中間產物][反應物]
- 3 利用快速平衡 — 利用前方的平衡步，將中間產物用起始反應物表示
- 4 合併最終定律 — 代入並整理，使定律式中只剩起始反應物濃度
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🔄 延伸學習：延伸學習：若反應機構中第一步即為慢步驟，則不需進行代換。
