探究化学反应世界的奥妙.ppt

探究化學反應世界的奧妙 設計者 張怡婷科目名稱 化學科年級 高二下 相關科目 自然與生活科技 數學 課程引導問題 核心問題 什麼是化學反應速率 單元問題 1 明白速率定律式是什麼 2 什麼學說解釋了反應速率的快慢 3 你知道有那些影響反應速率的因素嗎 4 加速反應進行的東西是什麼 學生學習目標 1 化學反應速率a 反應速率的定義及表示法 並能分辨平均 瞬時及最初反應速率的不同 b 利用實驗數據寫出相對應的反應速率定律式並求出反應的級數及速率常數 2 碰撞學說與反應速率的關係 反應位能圖a 碰撞學說的內容並能說明影響反應速率的各項因素 b 依據反應位能圖標示出正逆反應的活化能及反應熱並了解其間的關係 3 影響反應速率因素a 勻相反應的反應速率和反應物濃度的某次方成正比 而非勻相反應則和反應物分子間的接觸面積關係較密切 b 畫出不同溫度下分子動能分布曲線的不同 並藉以解釋升高溫度反應速率加快的原因 c 反應物變成生成物之前 會先生成相對位能較高的活化錯合物 其和反應物之間的位能差稱為活化能 d 能列舉影響反應速率常數 k 的各項因素 4 催化劑a 催化劑的定義 並了解催化劑藉著改變反應途徑及活化錯合物使反應速率改變 b 分辨勻相和非勻相催化劑的異同及列舉實際應用的例子 化學反應速率 A 行為目標1 反應速率的定義 並熟悉單位2 了解反應速率定律式意義3 零級 一級與二級反應的特性B 名詞解釋1 反應速率 單位時間內反應物減少的量 或是產物增加的量稱之為反應速率 換言之 如果以反應物或產物對時間作圖 反應速率代表的是曲線的切線的斜率 由圖一中可看到反應速率隨著時間而減少 這是因為反應物的量會隨著時間 逐漸被消耗掉所致 如果我們觀察反應初速率與反應物濃度間的關係 會發覺一個有趣的現象 反應速率正比於反應物濃度 因為這關係被重複地在不同的反應上觀察到 又可定量的表示出來 所以稱之為反應速率定律式 2 反應速率定律式 由經驗得知反應物濃度增加時 反應速率會加快 隨著反應機制的不同 反應的速率增加量與某一反應物濃度增加量成正比 另一反應物濃度的n次方成正比 因此反應速率可用下列之通式表示 R k A a B b 其中R為反應速率 k為反應速率常數 A B 分別表示各反應物之濃度 a b 分別表示反應物濃度之a b 次方與反應速率成正比 碰撞學說與反應速率 行為目標 1 碰撞學說是什麼 2 有效碰撞的條件 a 反應粒子要有足夠的能量 b 反應粒子碰撞時須位向有利3 了解反應位能圖 認識名詞 a 活化錯合物 b 活化能 c 反應熱 名詞解釋 1 碰撞學說 任何化學反應的發生 必需反應粒子互相接近碰撞 則反應速率與碰撞次數成正比 2 有效碰撞 所謂有效碰撞是指碰撞的粒子其能量超過活化能 此時可形成活化錯合物 進一步進行反應 3 活化能 活化能是指在反應過程之位能圖中 活化複體 activatedcomplex 與反應物間之位能差值 亦可視為分子超越能量障礙所需具有之能量 4 低限能 是指在分子動能分佈圖中 反應物發生有效碰撞 根據碰撞理論 所須具有之最低限度能量 5 有效碰撞的條件 a 發生反應所需的最低動能稱作 低限能 需大於低限能的反應粒子才會發生作用 b 反應粒子碰撞時需位向有利 發生反應所需最低能量 Ea ex CO與NO2 CO2 NO之碰撞位向 陰影者為N原子 大顆空白者為C原子 小顆空白者為O原子 6 反應位能圖 Ha 位能 H Hb 生成物2AB 反應物A2 B2 活性錯合物 反應坐標 圖形解釋 反應熱 如圖所示 反應物 2A 2B 活化錯合物 A2B2 生成物 2AB 反應物位能與活化錯合物位能間的差額為 Ha 生成物位能與活化錯合物位能間的差額為 HbHa與 Hb間的差額稱為反應熱 當 Ha Hb 稱為吸熱反應 當 Ha Hb 稱為放熱反應 活化能 活性錯合物與反應物的位能差稱為活化能 如圖所示 反應物A2及B2碰撞形成錯化活物A2B2之位能圖 若活化能愈高 則反應速率愈慢 反之則愈快 低限能 反應物碰撞形成不穩定的活化錯合物 ActiveComplex 所需要的最低能量 稱為低限能 高溫時具有低限能的分子數目會大於低溫時的分子數目 因此溫度增高時能量超過低限能的分子數目會增加 因而加快反應速率 影響反應速率因素 1 本性 1 反應速率並不是由單一反應物的性質所決定 而必須由考慮所有反應物的相關性質 2 化學反應中若涉及化學鍵的形成或破壞 電子的得失則反應速率較慢 3 溶液中離子的化合其反應速率較快 2 濃度 影響層面乃是對勻相反應而言 當反應物的濃度提高時 單位體積內粒子的數量增加 則粒子碰撞的機會較多 因此濃度與反應速率也是成正比關係 3 溫度 一般而言溫度每增加10 則反應速率會增加兩倍 1 溫度升高時 分子的動能增加 則每一個分子運動的速率會加快 因此單位時間內碰撞的次數增加 反應速率也就加快了 2 溫度升高時 使反應速率加快主要的原因是分子的平均動能提高 超過活化能的粒子也增加 因此能夠造成有效碰撞的分子較多 反應速率就會加快 4 催化劑 催化劑又稱為觸媒 於反應中加入催化劑可改變反應的速率 但催化劑於反應前後本身的性質並不會發生變化 5 壓力 壓力對於氣體的反應速率影響卻很大 當壓力加大時氣體的體積會減少 所以在單位體積中氣體的分子數會增加 碰撞的機會也會相對的增加 反應速率也就加快了 6 接觸面積 影響層面乃是對 非勻相反應 反應物之間的接觸面積越大 則碰撞的機會較多 因此可提高反應速率 增加反應物的接觸面積 最簡單的方法就是將固體顆粒的體積減小 催化劑 1 催化原理與其性質 a 催化原理 催化是利用催化劑加快化學反應速度的方式 許多化學工業要利用催化作用來獲得需要的反應速度 因此催化也是一種化工單元過程 催化劑本身在反應中不會被消耗 但催化劑會加快反應速度 許多沒有催化劑而不能發生的反應 在加入催化劑後則能迅速反應 2 催化反應的種類 a 非勻相催化反應 反應只在一種相內進行 如氣相 液相或是固相 b 勻相催化反應 反應在兩種以上的相內進行 如氣相和固相 液相和固相 相關實驗 誰吹氣球最用力 溫度影響反應速率簡介 錐形瓶中裝入固體及不同溫度的鹽酸 氣球套於錐形瓶的瓶口 當反應進行時 氣球膨脹的程度會因溫度的不同而有所不同 實驗步驟 1 先將氣球吹脹數次以鬆弛氣球的彈性 2 在二個氣球中各裝入10克的碳酸鈉 3 在二錐形瓶中各裝入冷和熱的200mL M的鹽酸 4 將氣球套於錐形瓶口 註1 如圖一所示 5 同時將二個氣球中的碳酸鈉倒入二支錐形瓶中 註2 並觀察氣球脹大的情形 如下圖二 註1 此時勿使氣球中的固體粉末掉入錐形瓶中 註2 氣球脹大時須注意安全 註3 處理濃鹽酸時 宜戴上護目鏡 面罩及手套 原理與概念 1 碳酸鈉和鹽酸作用會產生二氧化碳氣體 而促使氣球脹大 Na CO s HCl aq NaCl aq CO g H O l 2 反應的溫度提高 反應物粒子間運動速率增大 在單位時間內碰撞次數也就愈多 且碰撞時具有的能量愈大 因此反應速率變快 因此碳酸鈉與溫度高的鹽酸反應之速率會比與溫度低的鹽酸反應速率快 INTERNET資源 1 學習加油站 http content edu tw senior chemistry tp sc tag 2 6 html2 反應速率與化學平衡的關係http general chemistry pu edu tw equilibrium newpage5 htm3 影響反應速率的各項因素 實驗 http 163 23