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

Knowledge Groups

核心考點

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的次數。有效碰撞必須具備：① 粒子帶有足夠能量；② 碰撞方向正確（活化能 Ea 的具體定義屬工業化學選修部分）。

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：把盛有不同濃度 Na₂S₂O₃(aq) 的燒瓶放在相同「十」字標記上，加入 HCl(aq) 後立即計時，記錄「十」字剛好看不見的時間 t。
  • 控制變數：每次用相同燒瓶及標記，固定 HCl 體積和濃度、溶液總體積、溫度及觀察條件；只以水稀釋來改變 Na₂S₂O₃ 濃度。
  • 在相同觀察條件下，「十」字消失代表約相同的混濁程度，故可用 1/t 比較相對速率。若到此終點只消耗少量反應物，1/t 可近似反映初速。
  • 繪製 1/t 對 [Na₂S₂O₃] 的圖，由實驗數據判斷是否成正比。濃度增加通常使碰撞及有效碰撞更頻繁，反應加快，t 縮短。
設計實驗探究溫度對反應速率的影響並解釋結果
  • 在通風處，以相同濃度及體積的 Na₂S₂O₃ 和稀 HCl 反應；以水浴改變溫度，量度混合前溫度。反應可釋放刺激性 SO₂，勿直接吸入。
  • 在相同容器下放同一黑色十字。加酸並混合時開始計時，從上方觀察，到十字剛看不見時停止；保持光線、溶液深度及判斷標準一致。
  • 每個溫度重複量度，取平均 t，以1/t比較達到相同混濁程度的相對速率；不假定每升高10°C必定加倍。
  • 溫度上升使粒子動能增加，碰撞較頻繁，且較多粒子有足夠能量引起反應，通常增加有效碰撞及反應速率；以實驗數據支持趨勢。
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。
  • 用兩份相同濃度、體積及溫度的 H₂O₂；一份加入固定質量的 MnO₂，一份不加，使用相同裝置及混合方法，定時記錄 O₂ 體積。
  • 比較初始 O₂ 體積—時間曲線的斜率；有催化劑的初速較大，相同反應物量完成時的總 O₂ 應相近。回收催化劑前須洗淨及乾燥才比較質量。
  • 結論：MnO₂ 加快 H₂O₂ 的分解而本身不被消耗；比較初速時須保持反應物量、溫度等條件相同。以較低活化能的另一反應途徑作深入解釋屬工業化學選修部分。
從生成氣體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：在 t = 0 的實際曲線起點畫切線，以 ΔV/Δt 求斜率；是否為最大速率須由曲線及反應條件判斷。
  • 曲線成水平表示氣體不再淨增加；在此不可逆、氣體收集完整的模型中，可判斷反應已完成，平台量由限量反應物決定。先核對圖的縱軸是生成氣體體積。
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↑：粒子的平均動能增加，運動較快、碰撞較頻繁；同時較多粒子具足夠能量發生反應 → 有效碰撞增加 → 反應速率加快。
  • 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。
  • 催化劑能加快反應速率，反應前後質量及化學性質不變；比較實驗要保持反應物量及溫度等條件相同。以較低活化能的另一反應途徑作深入解釋屬工業化學選修部分。
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

化學反應的速率

2 KGs · 8 題型

常溫常壓下氣體的摩爾體積

1 KGs · 8 題型

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。