反應速率 / 子課題
影響反應速率的因素
Factors Affecting Rate of Reaction
碰撞理論模型、濃度/溫度/表面積/催化劑對速率的影響
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 碰撞理論
考評提示：有效碰撞條件：足夠能量 + 正確方向
- 反應速率取決於單位時間內有效碰撞 (effective collisions) 的次數。有效碰撞必須具備：① 能量大於或等於活化能 (Ea)；② 碰撞方向正確。
常見題型 · scoring points
設計實驗探究濃度對 Na₂S₂O₃ 與稀 HCl 反應速率的影響
- 原理：Na₂S₂O₃(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + S(s) + SO₂(g) + H₂O(l)；生成 S 使溶液變混濁。
- 方法：在燒瓶下方畫一「十」字標記，由不同濃度的 Na₂S₂O₃(aq) 加入 HCl(aq)，計時直至「十」字消失。
- 控制變數：溶液總體積、HCl 濃度、溫度、觀察距離全部保持不變；只改變 Na₂S₂O₃ 濃度（用水稀釋）。
- 結果：1/t（代表初速）與 [Na₂S₂O₃] 成正比 → 濃度增加使反應物粒子碰撞頻率增加，有效碰撞增加，反應速率加快。
設計實驗探究溫度對反應速率的影響並解釋結果
- 反應例子：Na₂S₂O₃(aq) + 2HCl(aq)。在不同溫度（水浴 25°C、35°C、45°C、55°C）下進行。
- 控制變數：反應物濃度、體積、接觸面積一致；只改變溫度。
- 結果：1/t 隨溫度上升而以指數增加；通常溫度每升高 10 K，反應速率大約增加一倍。
- 解釋：溫度升高 → 粒子平均動能增加 → 碰撞頻率稍增加 + 有足夠活化能的粒子比例大幅增加（更多有效碰撞）。
設計實驗探究表面面積對 CaCO₃ 與稀 HCl 反應速率的影響
- 反應方程式：CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)。
- 方法：用相同質量的（a）大理石塊，（b）大理石碎，（c）粉末 CaCO₃，加入相同體積及濃度的 HCl(aq)。
- 跟隨方法：用電子天平記錄質量隨時間下降（CO₂ 逸出），或用氣體針筒收集 CO₂ 體積。
- 結果：粉末反應最快（曲線斜率最大），因為單位質量的 CaCO₃ 暴露表面積最大 → 碰撞頻率增加 → 反應速率加快；最終 CO₂ 總產量相同（反應物量相同）。
設計實驗探究 MnO₂ 催化劑對 H₂O₂ 分解速率的影響
- 反應方程式：2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)；常溫下分解緩慢。
- 方法：比較加入 MnO₂(s) 前後 O₂ 生成速率；用氣體針筒每 30 秒記錄 O₂ 體積。
- 結果：加 MnO₂ 後 O₂ 生成曲線斜率（初速）大幅上升；反應完成時間縮短。反應結束後過濾回收 MnO₂，質量不變。
- 解釋：MnO₂ 提供另一反應途徑，活化能較低 → 更多粒子具足夠能量跨越能障 → 反應速率加快；催化劑本身不被消耗。
從反應物體積與時間圖找出瞬間速率、平均速率及初速
- 瞬間速率：在某一時間 t 對曲線作切線，斜率 dV/dt 即為瞬間速率。
- 平均速率：在時間 t₁ 到 t₂ 的平均速率 = (V₂ − V₁) ÷ (t₂ − t₁)。
- 初速：t = 0 的瞬間速率，即於 t = 0 對曲線作切線之斜率；曲線在起點最陡。
- 反應結束：曲線變為水平，表示反應物用盡，速率 = 0；最終生成物總量（plateau 高度）由限量反應物決定。
利用 r.t.p. 下氣體摩爾體積 24 dm³ 作化學計量計算
- 常溫常壓 (r.t.p.)：25°C, 1 atm；此條件下 1 mol 任何氣體佔體積 24 dm³（或 24000 cm³）。
- 計算氣體摩爾數：n = V ÷ 24（V 以 dm³ 為單位，n 以 mol 為單位）。
- 示例：0.20 g Mg 與過量稀 HCl 反應，n(Mg) = 0.20 ÷ 24.3 = 0.00823 mol；n(H₂) = 0.00823 mol（1:1 比例）；V(H₂) = 0.00823 × 24 = 0.197 dm³ = 197 cm³。
- 注意：24 dm³ 只適用於 r.t.p.；s.t.p. (0°C, 1 atm) 下摩爾體積為 22.4 dm³。
用碰撞理論解釋濃度、溫度、表面面積、催化劑對反應速率的影響
- 濃度↑：單位體積內反應物粒子數↑ → 碰撞頻率↑ → 有效碰撞↑ → 速率↑（活化能不變）。
- 溫度↑：粒子動能↑ → 具足夠活化能（Ea）的粒子比例↑（Maxwell-Boltzmann 分佈向右移） → 有效碰撞大幅增加。
- 表面面積↑：固體接觸面暴露粒子↑ → 碰撞頻率↑ → 速率↑；只影響涉及固體的反應。
- 催化劑：提供能量較低的替代反應路徑（降低 Ea） → 更多粒子粒子具足夠能量 → 有效碰撞↑；催化劑反應前後質量、化學性質不變。
選擇並論證跟隨反應進度的方法（四例）
- 氣體體積量度：適用於產生氣體的反應，如 CaCO₃ + HCl → CO₂；用氣體針筒或倒置量筒集氣。
- 質量變化：適用於產生氣體能逸出的反應；用電子天平記錄質量隨時間下降（如 CaCO₃ + HCl 在三角瓶加棉花塞）。
- 滴定分析（「驟冷法」）：每隔固定時間取樣並急速冷卻（停止反應），再滴定測定剩餘反應物濃度；適用於酯的鹼性水解。
- 顏色深度（比色法）：用分光光度計測吸光度；適用於反應物或生成物有色的反應，如 MnO₄⁻ 的氧化反應（紫色 → 無色）。
反應速率 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
