上個影片提到反應物濃度與反應速率之間的關係

可用反應速率定律式來表示

如果該反應的反應物為A、B和C

速率定律式寫成反應速率等於速率常數乘上A物質濃度的x次方

乘上B物質濃度的y次方

乘上C物質濃度的z次方

其中的x、y和z就是反應物A、B和C的級數

總級數則為x加y加z

而x、y、z如何由實驗求得呢?

用一個例子來說明

一氧化氮與氫氣反應可以生成水蒸氣與氮氣

反應速率定律式為

r等於k乘上一氧化氮的x次方

再乘上氫氣的y次方

因此實驗上可以用不同濃度的一氧化氮與氫氣來進行實驗

並量測氫氣的消耗速率來探討反應物濃度與反應速率的關係

實驗結果如下

由第一次和第二次的實驗資料相比較

當氫氣濃度固定

一氧化氮濃度變為2倍時

氫氣的消耗速率變為4倍

由速率定律式可以得到x等於2

稱一氧化氮濃度的反應級數為2

反應速率與一氧化氮的濃度2次方成正比

可以寫成r正比於一氧化氮的平方

再進行第三次的實驗

此時讓一氧化氮的濃度與第二次實驗相同

改變氫氣的濃度

變為第二次實驗的2倍

實驗結果發現反應速率也是變為2倍

由速率定律式可以得到y等於1

即氫氣對反應速率的級數為1

反應速率與氫氣的濃度成正比

可以寫成r正比於氫氣

當兩個反應物濃度與反應速率的關係都確定後

即可得到此反應的速率定律式

r等於k乘上一氧化氮的平方

再乘上氫氣

這邊的k為速率常數

此時會稱該反應的總級數就是2加1等於3

畫面上這些資料

就是利用實驗數據求出不同反應的速率定律式

可以看到定律式中的級數

不一定與方程式中的反應物係數有關

因此在書寫速率定律式時

是不能臆測的

某同學探討畫面中的反應實驗

反應速率與初始濃度的關係

三次實驗的數據如表格所示

請書寫出該反應之速率定律式

從實驗1到實驗2可以發現二氧化氮濃度的反應級數為2

一氧化碳的反應級數為0

所以速率定律式r等於k乘上一氧化碳的零次方

乘上二氧化氮的二次方

也就是k乘上二氧化氮的平方

每一個反應速率定律式k值、x、y和z的數值是不同的

化學家根據級數大小

可以判斷單一反應物濃度對反應速率影響的程度

以前面所舉的例子為例

一氧化氮的級數為2

所以當一氧化氮濃度變為原來的2倍時

速率會變為原來的4倍

氫氣的級數為1

若將氫氣的濃度改變為原來的2倍

則速率只變為原來的2倍

所以當反應物的級數愈大對反應速率的影響也愈大

所以在瞭解濃度與速率的關係後

就可以找出適合工業製程的條件

既然級數是由實驗求得

所以級數可能是任何數值

可以是0、正整數或非正整數

例如氨氣分解

級數為零

氫氣和溴氣反應生成溴化氫氣體是1.5級

這些都是經由實驗而得的結果

現在

來小試身手吧！

假設一氧化碳加上氧氣會變成二氧化碳反應式之速率定律為

r等於k乘上一氧化碳的平方再乘上氧氣

當溫度不變時

將體積壓縮為原來的四分之一

則反應速率變為原來的若干倍呢？

若體積壓縮為原來的四分之一

濃度會變為4倍

一氧化碳的級數是2

會使反應速率變成4的平方

也就是16倍

而氧氣的級數為1

會使反應速率變成4的一次方

也就是4倍

所以反應速率會變為原來的16乘上4等於64倍

讓我們來總結一下這支影片的學習內容

利用實驗設計

可以求得反應物濃度與反應速率的關係

這個次方關係稱為反應級數

反應級數的數值可以是0、正整數、負數或是分數等

反應級數越大的反應物

其濃度對反應速率的影響越大

從課程中已經教我們利用實驗來測定各種反應級數的數值

並知道反應級數及反應速率具有相關性

未來

若你再遇到不同的化學反應式

就會自己動手算算反應級數囉

本次課程就到這邊

下次見！