高考申論題
115年
[化學工程] 反應工程及單元操作
第 一 題
📖 題組：
描述某一可逆反應 2A + B ⇌ A₂B，若已知反應速率式為
r_{A_2B} = \frac{\alpha[A]^2[B]}{1 + \beta[A]}
式中[ ]代表該物質濃度。
描述某一可逆反應 2A + B ⇌ A₂B，若已知反應速率式為
r_{A_2B} = \frac{\alpha[A]^2[B]}{1 + \beta[A]}
式中[ ]代表該物質濃度。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請寫出可能反應機構並說明。（10 分）
思路引導 VIP
看到這題，首先要觀察給定的反應速率式。速率式的分母出現了「1 + 濃度項」，這強烈暗示了反應機制中包含了「中間產物的生成」或「觸媒表面的吸附」現象（例如類似LHHW動力學或擬恆態假設 PSSH）。分子有 [A]^2[B]，分母有 [A]，代表 A 極可能先發生二聚反應（dimerization）形成中間體，然後該中間體再與 B 反應。你可以從(二)的題目中獲得靈感，提出一個兩步驟的反應機構，並用擬恆態假設（PSSH）來驗證其合理性。
小題 (二)
若可能反應機構為
2A ⇌ A_2^*
A_2^* + B ⇌ A_2B
寫出可能反應速率式 r_{A_2B}。（10 分）
2A ⇌ A_2^*
A_2^* + B ⇌ A_2B
寫出可能反應速率式 r_{A_2B}。（10 分）
思路引導 VIP
本題直接給定反應機構，要求推導速率式。這是反應工程最經典的 PSSH 題型。解題步驟為：
- 寫出目標產物 $A_2B$ 的淨生成速率式。
反應機構與擬恆態假設
💡 利用擬恆態假設（PSSH）推導含有活性中間體之非基本反應速率式
🔗 擬恆態假設（PSSH）推導邏輯
- 1 建立機構步驟 — 假設快速可逆的前驅步驟與慢速決定步驟
- 2 列出速率分量 — 寫出中間體生成與消失的各項速率表達式
- 3 套用 PSSH — 設定活性中間體之淨生成速率 r* = 0
- 4 代換求出速率式 — 消去中間體濃度，整理出僅含反應物之速率式
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🔄 延伸學習：延伸學習：當實驗速率式分母項極大時，反應級數會發生轉換的現象。
