4 ． 1 反應速率實驗 4 ． 1 溫度與反應速率4 ． 2 可逆反應與平衡 ＊ 重點整理 ＊ 科普閱讀 Up ＊ 紀錄簿習題

反應速率與平衡

前言 1/2

2

化學反應有的發生得快，例如木材燃燒。有的需要一段時間，像是鐵製品久了會生鐵鏽。

Guy Renardphotophilde

有的則需要更長的一段時間，例如鐘乳石的形成。另外，將螢光棒放入不同溫度的水中，會產生不同的亮度。想想看，為什麼有些反應速率比較快？有些則比較慢呢？

前言 2/2

3

冰水 熱水

暗 亮

教學流程反應速率反應物的性質與反應速率的關係溫度與反應速率的關係表面積與反應速率的關係濃度與反應速率的關係催化劑與反應速率的關係

反應速率4‧1

4

反應速率

5

在日常生活中可見到的化學反應，其反應速率快慢比較如下：

反應速率快慢比較

6

快 反應速率 慢

燃燒仙女棒 銅生鏽生成銅綠

鐘乳石

知識快遞形成鐘乳石需要特別的條件，且速率非常慢，累積一公分的時間少則數年，多則需要上百年，因此非常珍貴。臺灣的墾丁國家公園內有許多石灰岩洞，洞內就有鐘乳石。

7

反應速率：化學反應進行的快慢。定義：單位時間內反應物或生成物的變化量。表示法如下：

反應速率＝

反應速率定義

8

反應物（生成物）的變化量單位時間

利用反應過程中容易觀測的性質，例如氣泡產生量、沉澱物多寡，或顏色濃淡變化等，可以來比較反應速率的快慢。

化學反應速率常用的測定法

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氣泡產生氣泡產生 Na2CO3 ＋ 2HCl → 2NaCl＋ H2O＋CO2↑

沉　澱沉　澱 AgNO3 ＋ NaCl → NaNO3 ＋ AgCl↓

顏色改變顏色改變 CO＋ NO2 → CO2 ＋ NO ( 紅棕色 ) ( 無色 )

影響反應速率的 6 大因素：反應物的性質 ( 物質本性 )溫度表面積（接觸面積）濃度催化劑（觸媒）壓力

影響反應速率的因素

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反應物的性質與反應速率的關係

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活性大的物質，反應速率快。例如：鐵在空氣中易與氧發生反應而生鏽。

活性小的物質，反應速率慢。例如：黃金無論多久仍幾乎看不出變化。

反應物的性質與反應速率的關係 1/2

12

鎂、鋅和銅在空氣中燃燒的難易程度不同。這是因為對氧的活性大小： Mg＞ Zn＞Cu

反應物的性質與反應速率的關係 2/2

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銅鋅鎂

易燃　　　　　　　　　　　　　不易燃大　　　　　　　活性　　　　　　　小

影響反應速率的 6 大因素：反應物的性質 ( 物質本性 )溫度表面積（接觸面積）濃度催化劑（觸媒）壓力

影響反應速率的因素

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溫度與反應速率的關係

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夏天食物易腐敗，是因為夏天天氣熱、溫度高，使得反應速率變快所致。將食物儲存於冰箱，可讓食物保存較久而不易變壞，這是利用低溫使反應速率變慢的關係。

溫度與反應速率的關係

Donald Lee Pardue

Ryan Tir

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藉由改變下列反應物（硫代硫酸鈉）的溫度，觀察溫度對反應速率的影響。

溫度與反應速率的測定 1/4

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＋ 2HCl 2NaCl＋ H2O＋ SO2 ＋ S

鹽酸硫代硫酸鈉 水氯化鈉 二氧

化硫 硫＋ ＋ ＋ ＋

Na2S2O3

硫 ( 黃色 ) 沉澱硫代

硫酸鈉

鹽酸

利用固態產物硫（黃色）遮住十字所需的時間來決定反應速率的快慢。

溫度與反應速率的測定 2/4

18

t＝？硫的沉澱量為定值

（都恰可遮住十字）

由實驗結果可以發現，溫度越高，沉澱物遮住記號的時間越短。

溫度與反應速率的測定 3/4

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時間

0

10秒

20秒

30秒

30℃ 40℃ 50℃ 60℃溫度

沉澱物遮住記號的時間越短，表示反應速率越快。由圖可知，溫度越高，時間的倒數越大，表示反應速率越快。

溫度與反應速率的測定 4/4

20

知識快遞遮住記號所需硫的量即表示生成物的量，當生成物的量固定，時間的倒數即可表示反應速率。

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實驗室中，為了節省時間、加速反應進行，常利用加熱方式升高反應時的溫度。在加油站或瓦斯行等地，則要嚴禁煙火，以免因火苗而引發氣體反應，造成危險。

溫度與反應速率的應用

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例題4-1 1/2

鋅粉與鹽酸反應可產生氫氣。今各加 1公克鋅粉於定量、同濃度的三份鹽酸中，溫度各控制在 20℃、 25℃及 30℃，若皆完全反應，則在下頁圖中何者最可能說明所放出氣體，在定壓時，體積與時間的關係？

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例題4-1 2/2

24

例題4-1 詳解解： (C)(C) ，溫度高、反應速率快，在固定時間內，產生氣體體積較多。而因為反應物的量固定，在完全反應後，生成的氫氣量必定相等。

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影響反應速率的 6 大因素：反應物的性質 ( 物質本性 )溫度表面積（接觸面積）濃度催化劑（觸媒）壓力

影響反應速率的因素

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表面積與反應速率的關係

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＋ 2HCl CaCl2 ＋ H2O＋ CO2

鹽酸 氯化鈣 水 二氧化碳＋ ＋ ＋

藉由改變灰石（主要成分為碳酸鈣）的表面積大小，觀察表面積對反應速率的影響。

表面積與反應速率的關係 1/4

28

碳酸鈣

二氧化碳( 氣泡 )

CaCO3

CaCO3 ＋ 2HCl CaCl2 ＋ H2O ＋

碳酸鈣 鹽酸 氯化鈣 水＋ ＋ ＋

利用二氧化碳（氣泡）的生成速率來決定反應速率的快慢。

表面積與反應速率的關係 2/4

29

二氧化碳

二氧化碳( 氣泡 )

CO2

示範實驗：表面積與反應速率的關係

30

由實驗結果可以發現，灰石顆粒越小，即表面積越大者，氣泡產生的速率越快，代表反應速率越快。

表面積與反應速率的關係 3/3

31

慢 反應速率 快

物質是由粒子（原子、分子等）所組成，兩物質若要發生化學反應，兩物質的粒子必定會先發生碰撞，稱為碰撞理論。

碰撞理論 1/3

32

形成 H2O

只有在碰撞的時候才會發生反應

O2H2

2H2＋ O2→ 2H2O 碰撞示意圖

當物質分割越細時，總表面積越大，粒子彼此間碰撞的機會也越大。

碰撞理論 2/3

33

3cm3cm

3cm

表面積＝ 3×3×6＝ 54 1×1×6×27＝ 162

灰石研磨得越細，反應時粒子碰撞的機會也越多，因此產生氣泡的速度也越快。

碰撞理論 3/3

34

將竹筷削成火媒棒比較容易點燃。表面積影響反應速率的實例 1/2

35

整支竹筷不易燃燒 接觸空氣的總表面積較大，較容易燃燒

表面積影響反應速率的實例 2/2

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紙張散開後比整疊紙燃燒得快。

將肉切成肉絲較易煮熟。

影響反應速率的 6 大因素：反應物的性質 ( 物質本性 )溫度表面積（接觸面積）濃度催化劑（觸媒）壓力

影響反應速率的因素

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濃度與反應速率的關係

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CaCO3 ＋ CaCl2 ＋ H2O ＋

碳酸鈣 氯化鈣 水 二氧化碳＋ ＋ ＋

CO2

藉由改變鹽酸的濃度，觀察濃度對反應速率的影響。

濃度與反應速率的關係 1/3

39

鹽酸

二氧化碳( 氣泡 )

2HCl

CaCO3 ＋ 2HCl CaCl2 ＋ H2O ＋

碳酸鈣 鹽酸 氯化鈣 水＋ ＋ ＋

利用二氧化碳（氣泡）的生成速率來決定反應速率的快慢。

濃度與反應速率的關係 2/3

40

二氧化碳

二氧化碳( 氣泡 )

CO2

示範實驗：濃度與反應速率的關係

41

1M HCl5 mL

0.1M HCl5 mL

由實驗結果可以發現，鹽酸濃度越大，氣泡產生的速率越快，代表反應速率越快。

濃度與反應速率的關係 3/3

42

氣泡生成速率較大

氣泡生成速率較小

0.1M HCl 1M HCl

當鹽酸濃度越大，表示單位體積內的鹽酸粒子數越多，因此鹽酸與灰石的碰撞機會增加，產生二氧化碳氣泡的速率也較快。

碰撞理論

43

0.1M 鹽酸 1M 鹽酸

影響反應速率的 6 大因素：反應物的性質 ( 物質本性 )溫度表面積（接觸面積）濃度催化劑（觸媒）壓力

影響反應速率的因素

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催化劑與反應速率的關係

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催化劑（又稱觸媒）在化學反應中：既不是反應物也不是生成物。可以改變反應的速率，卻不會影響生成物的量。

在生物體中，許多的化學反應也要靠著催化劑的作用才能發生。生物體中的催化劑稱為酶或酵素。

催化劑與反應速率的關係 1/6

46

催化劑如同酵素一樣具有專一性，即某種催化劑只可催化某種反應，但對其他反應可能毫無影響。

催化劑與反應速率的關係 2/6

催化劑

反應物 2反應物 1

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2H2O2 2H2O ＋ O2

雙氧水 水 氧氣＋

藉由加入二氧化錳（催化劑），比較有無加入催化劑對反應速率的影響。

催化劑與反應速率的關係 3/6

48

MnO2

二氧化錳

二氧化錳

雙氧水

利用氧氣（氣泡）的生成速率來決定反應速率的快慢。

催化劑與反應速率的關係 4/6

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2H2O2 2H2O＋ O2

雙氧水 水 氧氣＋

MnO2

二氧化錳

催化劑視同反應的條件，需寫在箭號的上方或下方。

示範實驗：催化劑與反應速率的關係

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雙氧水

二氧化錳

由實驗結果可以發現：未加入二氧化錳的雙氧水幾乎沒看見氣泡。加入二氧化錳的雙氧水氣泡產生速率加快。

催化劑與反應速率的關係 5/6

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雙氧 水 （ H2O2 ） 會分解產生氧氣與水，此反應原本的反應速率很慢，但加入催化劑二氧化錳後，反應速率會變得很快。

催化劑與反應速率的關係 6/6

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二氧化錳

氧氣大量冒出

知識快遞雙氧水若擦在一般的皮膚上，不會產生大量的氣泡，但當擦在受傷的傷口則產生大量的氣泡，這也是因為傷口流出的血液中含有亞鐵的化合物，可催化雙氧水分解。

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問題解決烤肉有效率 1/4

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問題解決烤肉有效率 2/4

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問題解決烤肉有效率 3/4

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木炭燃燒、烹煮食物的快慢都與反應速率有關。想一想學過的內容，影響反應速率的因素有哪些？答：影響反應速率的因素有溫度、反應物的

性質、濃度、接觸的表面積與催化劑的有無。

問題解決烤肉有效率 4/4

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試著藉由控制影響反應速率的因素，提出你的烤肉密技！答：若希望快點烤熟，可添加木炭以增加火候（溫度）；或將食物都切成小片或小塊，增加表面積；事先了解食材本身是否易熟（反應物的性質）也是很重要的喔！

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