初期反應速率法 Method of Initial Rates（二）

化學原理啟迪386

Simonetta Ravizza Fall/Winter 2013-14 

1.     【例題】「溴酸根離子」跟「溴離子」，在酸性溶液中的反應，如下列方程式：

BrO3^－(aq)＋5Br^－(aq)＋6H⁺(aq)→3Br2(l)＋3H2O(l)

下表是對這個反應進行4次實驗得到的結果。

利用表中的數據判斷BrO3^－、Br^－、H⁺這三種反應物的反應級數（指數），整體反應級數，以及反應常數值。

2.     【解題】這個反應的速率定律是：

反應速率Rate＝k[BrO3^－]ⁿ[Br^－]^m[H⁺]^p 

利用各次實驗所得的數據，可以判斷出n、m、p的數值。

3.     為了確定n的數值，我們利用實驗1和實驗2的結果，因為這二個實驗唯一改變的是溴酸根離子[BrO3^－]的濃度

Rate2/Rate1＝1.6×10^－3molL^－1s^－1/8.0×10^－4molL^－1s^－1＝

k(0.20mol/L)ⁿ(0.10mol/L)^m(0.10mol/L)^p÷k(0.10mol/L)ⁿ(0.10mol/L)^m(0.10mol/L)^p

2.0＝(0.20mol/L÷0.10mol/L)ⁿ＝(2.0)ⁿ

計算得到n＝1。由此可知，溴酸根離子在反應速率定律中的指數是1：

反應速率Rate＝k[BrO3^－]¹[Br^－]^m[H⁺]^p 

4.     為了確定m的數值，我們利用實驗2和實驗3的結果，因為這二個實驗唯一改變的是溴離子[Br^－]的濃度

Rate3/Rate2＝3.2×10^－3mol L^－1s^－1/1.6×10^－3mol L^－1s^－1＝

k(0.20mol/L)ⁿ(0.20mol/L)^m(0.10mol/L)^p÷k(0.20mol/L)ⁿ(0.10mol/L)^m(0.10mol/L)^p

2.0＝(0.20mol/L÷0.10mol/L)^m＝(2.0)^m

計算得到m＝1。由此可知，溴離子在反應速率定律中的指數是1：

反應速率Rate＝k[BrO3^－] [Br^－] ¹ [H⁺]^p 

5.     為了確定p的數值，我們利用實驗1和實驗4的結果，因為這二個實驗唯一改變的是氫離子[H⁺]的濃度

Rate4/Rate1＝3.2×10^－3molL^－1s^－1/8.0×10^－4molL^－1s^－1＝

k(0.10mol/L)ⁿ(0.10mol/L)^m(0.20mol/L)^p÷k(0.10mol/L)ⁿ(0.10mol/L)^m(0.10mol/L)^p

4.0＝(0.20mol/L÷0.10mol/L)^p＝(2.0)^p

計算得到p＝2。由此可知，氫離子在反應速率定律中的指數是2：

反應速率Rate＝k[BrO3^－][Br^－][H⁺]²  

6.     溴酸根離子BrO3^－跟溴陰離子Br^－的反應速率是一級，氫離子H⁺的反應速率是二級。在酸性H⁺溶液下，溴酸根離子BrO3^－與溴陰離子Br^－的整體反應速率是四級：n＋m＋p＝4

7.     反應速率定律為：

Rate＝k[BrO3^－][Br^－][H⁺]²

8.     我們可以用這四項實驗的任何一項，計算出速率常數k。

9.     依據實驗1反應初始速率是8.0×10^－4molL^－1s^－1，並且[BrO3^－]＝0.100M、[Br^－]＝0.100M、和[H⁺]＝0.100M。將這些數值代入速率定律得到：

8.00×10^－4molL^－1s^－1＝k(0.10mol/L)(0.10mol/L)(0.10mol/L)²

8.00×10^－4molL^－1s^－1＝k(1.0×10^－4mol⁴/L⁴)

k＝(8.00×10^－4molL^－1s^－1)÷(1.0×10^－4mol⁴/L⁴)

＝8.00 L³mol^－3s^－1

檢查：將計算出來的速率常數，代入其他實驗數據，看看是否可行。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》