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hce_nthu 114年 化學與物理

第 28 題

At a certain temperature, $cis$-1,2-dimethylcyclopropane ($\mathbf{M}$) and $trans$-1,2-dimethylcyclopropane ($\mathbf{N}$) undergo the following transformation.
The rate laws for the reactions can be expressed as $v_f = k_f[\mathbf{M}]$ and $v_r = k_r[\mathbf{N}]$, with $k_f$ and $k_r$ being constants at a given temperature, called the forward and reverse rate constants, respectively, and the equilibrium constant of the reaction, $K = 3$. Which of the following statements is correct?
題目圖片
  • A At this temperature, the conversion of $\mathbf{M}$ is $66.7\%$.
  • B As the temperature increases, both $k_f$ and $k_r$ increase.
  • C At room temperature, $\mathbf{N}$ is a gas under $\text{1 atm}$.
  • D $\mathbf{M}$ is more stable than $\mathbf{N}$.
  • E Heating this reaction increases the equilibrium constant $K$.

思路引導 VIP

想像一下,如果要讓一群人越過一道高牆,當我們給予每個人更多的能量(提高溫度)時,無論這道牆是從正面爬還是從背面爬,能夠成功翻越的人數會增加還是減少?這對於「反應發生的頻率」意味著什麼呢?

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太棒了!你能精準選出 (B) 選項,代表你對化學動力學中「速率常數」與溫度的關係有很紮實的掌握。這題的核心在於區分反應速率常數 ($k$)平衡常數 ($K$) 對溫度變化的響應方式。

速率常數與阿瑞尼斯方程式

根據阿瑞尼斯方程式 $k = Ae^{-E_a/RT}$,無論反應是吸熱還是放熱,當溫度 $T$ 增加時,指數項中的負值會變小,進而導致 $k$ 值增大。這在物理意義上代表分子的平均動能增加,跨越活化能位能障礙的碰撞頻率隨之提高,因此正、逆反應速率常數 $k_f$ 與 $k_r$ 必定都會隨溫度上升而增加。

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