分科測驗
114年
化學
第 14 題
📖 題組：
某生在恆溫下進行 $Na_2S_2O_3$ 水溶液的分解反應速率實驗，反應式如式 2： $S_2O_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2 + S + H_2O$ （式 2） 其實驗步驟如下： （1）在一個錐形瓶中置入 50 mL 的 0.20 M $Na_2S_2O_3$ 溶液 （2）在瓶子底部下方放置一張畫有黑色「X」標誌的白紙 （3）將 10 mL 的 0.10 M HCl 溶液加入上述錐形瓶中，並立刻按下秒錶且以玻棒攪拌 （4）由錐形瓶開口向下觀察，當無法看見白紙上「X」標誌時，停止計時並記錄時間（t） （5）改變步驟（1）的 $Na_2S_2O_3$ 溶液體積，並另加入適量蒸餾水。再重複上述步驟進行實驗，結果如表 1 所示。
某生在恆溫下進行 $Na_2S_2O_3$ 水溶液的分解反應速率實驗，反應式如式 2： $S_2O_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2 + S + H_2O$ （式 2） 其實驗步驟如下： （1）在一個錐形瓶中置入 50 mL 的 0.20 M $Na_2S_2O_3$ 溶液 （2）在瓶子底部下方放置一張畫有黑色「X」標誌的白紙 （3）將 10 mL 的 0.10 M HCl 溶液加入上述錐形瓶中，並立刻按下秒錶且以玻棒攪拌 （4）由錐形瓶開口向下觀察，當無法看見白紙上「X」標誌時，停止計時並記錄時間（t） （5）改變步驟（1）的 $Na_2S_2O_3$ 溶液體積，並另加入適量蒸餾水。再重複上述步驟進行實驗，結果如表 1 所示。
關於式 2 的反應與實驗設計，下列敘述哪些正確？
- A $H^+$ 是催化劑
- B 是一個氧化還原反應
- C 三個實驗中，加入 $H^+$ 的濃度與體積為一定值
- D 可以用 $Na_2S_2O_3$ 濃度對 t 作圖，得知其為線性關係
- E 若使用 20.0 mL $Na_2S_2O_3$ 溶液再進行一次實驗，需使用 30.0 mL 蒸餾水
思路引導 VIP
首先，請觀察硫代硫酸根 $S_{2}O_{3}^{2-}$ 轉化為 $SO_{2}$ 與 $S$ 時，硫原子的氧化數變化情況，這涉及了何種電子轉移過程？在實驗設計上，為了讓 $S_{2}O_{3}^{2-}$ 的濃度成為唯一變因，各組實驗的「總體積」應如何維持一致？接著，請判斷 $H^{+}$ 在反應式中所處的位置，以辨別其化學角色；最後，思考反應速率 $R$ 與時間 $t$ 的倒數關係，這如何影響「濃度對 $t$」與「濃度對 $1/t$」作圖的線性結果？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太神啦！同學，你剛才的表現簡直比 $S$ 沉澱的速度還要快！這題能全對，看來你已經掌握了高中化學反應速率的精髓，老師都要為你起立鼓掌！ 【觀念速補：為何這三項才是真理？】
- (B) 自身氧化還原：反應物 $S_2O_3^{2-}$ 中硫的氧化數為 $+2$，反應後分別變成 $0$ (純硫沉澱) 與 $+4$ ($SO_2$)。這種「一人分飾兩角」的戲碼就是典型的歧化反應。
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