在上個單元提到生活中有許多的化學反應

例如絢爛美麗的國慶煙火

不常用的鐵器會生鏽

鐘乳石洞內石筍的生成

同樣是化學反應

反應進行所需的時間卻有天壤之別

國慶煙火只是一瞬間

可以用秒為單位

鐵器生鏽可以用年為單位

而石筍卻需要數千年才能形成

我們可以用化學反應速率來表示反應的快慢

速率的定義為單位時間內某物理量的變化量

例如距離

化學反應速率也可用單位時間內物質變化量來表示

因為反應快慢不同

所以時間會使用不同的時間單位

那所用的物質變化量呢？

這一個單元會針對不同的化學反應

提供多種不同測量物質變化量的方式

反應速率可以經由實驗測量

通常會利用實驗中某些明顯

比較容易測量的特徵進行物質變化量的測定

舉例說明如下：

顏色：反應物或生成物在反應中若有顏色改變

可以藉由比色計或光譜儀來測量物質濃度的變化

例如：碘可溶於碘化鉀水溶液中形成棕色三碘離子

加入氫氧化鈉後

會生成無色的碘離子和碘酸根離子

利用三碘離子棕色溶液的顏色變化

就可以測量反應的速率了

壓力或體積：如果反應方程式中顯示有氣體參與反應

且反應物和生成物中氣體物質的係數和不相等

表示反應過程中

氣體的總莫耳數有改變

就可以利用定溫時

氣體的體積或是壓力的變化來當成實驗測量的物理量

例如鋅粉與鹽酸反應會生成氫氣和氯化鋅

可以利用注射針筒或是排水集氣法收集氫氣

隨著反應時間紀錄產生氣體的體積

另外也可以用壓力計代替注射針筒

直接紀錄氣體壓力的大小變化

但若在反應方程式前、後氣體物質的係數和相等

是否可以用這個方法測量呢？

例如氫氣與碘蒸氣反應可以生成碘化氫的氣體

反應物氣體的係數總和為2

生成物氣體的係數總和也是2

當用去2莫耳氣體時

會同時生成2莫耳氣體

氣體的體積或是壓力沒有變化

所以當係數和相等時

無法使用這個方法測量反應速率

水溶液中

如果離子濃度愈高

導電度會越大

燈泡愈亮

反之離子濃度低

導電度低

燈泡就變暗

但燈泡的亮度變化較小且較難量化

所以可在反應槽中插入導電度計來偵測導電度的變化

例如

鹽酸與氫氧化鈉反應會生成水與氯化鈉

鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉都是電解質

在水中會解離成為離子

水則幾乎不會解離

所以反應前和反應後的離子數目比為2:1

導電度會下降

因此就可以利用導電度計測量反應速率

沉澱：反應過程有沉澱物的生成

則可以測量單位時間內沉澱變化量來測定反應速率

例如鹽酸水溶液與硝酸銀水溶液混合

會生成白色的氯化銀沉澱

經由電子天平測重

就可以利用單位時間內生成氯化銀重量或莫耳數來計算反應速率

另外

可以利用生成遮住反應容器下方十字所需的固體沉澱量會一樣的設計

也可測得反應速率

pH值：反應過程中如果有酸鹼性的變化時

可以利用pH計來偵測

並藉由單位時間內pH值變化量來表示反應速率

例如酸類加醇類會產生酯類加水

因為反應式中只有酸類是酸性

就可以利用pH值的變化來計算反應速率

如果瞭解了反應速率的測定可以有不同的方式

那就來小試身手吧！

前面提到氫氣與碘蒸氣反應生成碘化氫氣體的反應速率

不能使用體積或是壓力來測量

那可以用什麼方式測量呢？

請問下列反應除了題目所寫的方式外

可否測量其他物理量呢？

為什麼？

第一題：體積或壓力

氣體反應物與氣體生成物的係數不同

第二題：pH值

因為反應物鹽酸是酸性

反應後濃度變小

pH變大

第三題：沉澱物

氯化銀是沉澱物

可以測量生成質量

第四題：導電度

碳酸為弱電解質、氫氧化鋇為強電解質

兩者在水中有不同程度的解離

在反應後形成難溶

低導電度的碳酸鋇及幾乎不解離的水

學習完反應速率的測定觀念後

讓我們做重點整理吧！

反應速率測量時

可以選用反應中某些明顯的

比較容易測量的物質特性進行變化量的測定

常用來觀察或量測的物質特性有：

顏色：反應物或生成物在反應中若有顏色改變者

可用比色計或光譜儀測量反應速率

壓力或體積：反應物和生成物中氣體物質的係數和不相等

表示氣體的總莫耳數有改變

就可以利用定溫時

氣體的體積或是壓力的變化來偵測反應速率

導電度：水溶液中

如果反應前後有離子濃度變化

可以使用導電度計來偵測反應速率

沉澱：反應過程有沉澱物的生成

可以由沉澱變化量來測定反應速率

pH值：反應過程中如果有酸鹼性的變化發生時

可以利用pH計來偵測反應速率