- อธิบายและใช้ศัพท์ว่า สมการอัตรา, ลำดับปฏิกิริยา, ลำดับปฏิกิริยารวม, ค่าคงที่อัตรา, อายุครึ่งชีวิต, ขั้นตอนที่กำหนดอัตรา และ สารกลาง
- (ก) เข้าใจและใช้สมการอัตรารูปแบบ $\text{rate} = k [\text{A}]^m[\text{B}]^n$ (ซึ่ง $m$ และ $n$ เป็น 0, 1 หรือ 2) (ข) สรุปลำดับปฏิกิริยาจากกราฟความเข้มข้น–เวลาหรือจากข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับวิธีอัตราเริ่มต้นและวิธีอายุครึ่งชีวิต (ค) ตีความข้อมูลการทดลองในรูปแบบกราฟ รวมถึงกราฟความเข้มข้น–เวลาและกราฟอัตรา–ความเข้มข้น (ง) คำนวณอัตราเริ่มต้นโดยใช้ข้อมูลความเข้มข้น (จ) สร้างสมการอัตรา
- (ก) แสดงให้เห็นว่าอายุครึ่งชีวิตของปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น (ข) ใช้อายุครึ่งชีวิตของปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งในการคำนวณ
- คำนวณค่าตัวเลขของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยตัวอย่างเช่น: (ก) ใช้อัตราการเกิดปฏิกิริยารวมเริ่มต้นและสมการอัตรา (ข) ใช้ครึ่งอายุ $t_{\frac{1}{2}}$ และสมการ $k = 0.693/t_{\frac{1}{2}}$
- สำหรับปฏิกิริยาหลายขั้นตอน: (ก) เสนอกลไกการเกิดปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับสมการอัตราและสมการรวม (ข) คาดการณ์ลำดับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นจากกลไกการเกิดปฏิกิริยากำหนดและขั้นตอนกำหนดอัตรา (ค) สรุปสมการอัตราโดยใช้กลไกการเกิดปฏิกิริยากำหนดและขั้นตอนกำหนดอัตราสำหรับปฏิกิริยากำหนด (ง) ระบุสารกลางหรือตัวเร่งปฏิกิริยาจากกลไกการเกิดปฏิกิริยากำหนด (จ) ระบุขั้นตอนกำหนดอัตราจากสมการอัตราและกลไกการเกิดปฏิกิริยากำหนด
- อธิบายโดยสังเขปถึงผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีต่อค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาและดังนั้น อัตราของปฏิกิริยา
จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา
Chemistry A-Level · หัวข้อ 26
8:01
จลนศาสตร์ปฏิกิริยา (A2)
นี่คือปฏิกิริยาจริง: ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับไอออนไอโอดีนในกรด ดูสมการที่ดุลแล้ว ใช้ไอออนไอโอดีนสองตัวและไอออนไฮโดรเจนสองตัว…
การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ
26.1
สมการอัตราและอันดับปฏิกิริยา
หลักสูตร
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
สมการอัตรา แสดงให้เห็นว่าอัตราขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นอย่างไร:
$$\text{rate} = k\,[\text{A}]^m[\text{B}]^n$$
- $m$ คือ อันดับปฏิกิริยา เทียบกับ A, และ $n$ อันดับเทียบกับ B. แต่ละตัวคือ $0$, $1$ หรือ $2$
- ลำดับปฏิกิริยารวม คือ $m + n$.
- $k$ คือ ค่าคงที่อัตรา สมการอัตราสามารถหาได้จากการทดลองเท่านั้น ไม่สามารถหาได้จากสมการที่ดุลแล้ว
การหาอันดับปฏิกิริยา
- วิธีอัตราเริ่มต้น: เปลี่ยนความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่งเพียงอย่างเดียว แล้วดูว่าอัตราเริ่มต้นเปลี่ยนไปอย่างไร หากการเพิ่ม $[\text{A}]$ เป็นสองเท่าทำให้เป็นสองเท่า อันดับใน A คือ 1; หากทำให้เป็นสี่เท่า อันดับคือ 2; หากไม่มีการเปลี่ยนแปลง อันดับคือ 0
ตัวอย่างคำนวณ ในการทดลองเกี่ยวกับ $\text{A} + \text{B} \rightarrow$ ผลิตภัณฑ์ การเพิ่ม $[\text{A}]$ (โดยคง $[\text{B}]$ ไว้) ทำให้เป็นสองเท่า และการเพิ่ม $[\text{B}]$ (โดยคง $[\text{A}]$ ไว้) ทำให้เป็นสี่เท่า เขียนสมการอัตราและระบุอันดับรวม
เพิ่ม $[\text{A}]$ เป็นสองเท่าทำให้ความเร็วเป็นสองเท่า, ดังนั้นลำดับที่หนึ่งใน A. เพิ่ม $[\text{B}]$ เป็นสองเท่าทำให้ความเร็วเป็นสี่เท่า ($2^2$), ดังนั้นลำดับที่สองใน B. ดังนั้น
$$\text{rate} = k[\text{A}][\text{B}]^2, \qquad \text{overall order} = 1 + 2 = 3.$$
- กราฟ: กราฟความเข้มข้น–เวลา สำหรับปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งมี ครึ่งชีวิตคงที่ (เวลาที่ทำให้ความเข้มข้นลดลงครึ่งหนึ่ง). กราฟความเร็ว–ความเข้มข้น เป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิดสำหรับลำดับที่หนึ่ง, และโค้งสำหรับลำดับที่สอง.
ครึ่งชีวิตและค่าคงที่อัตรา
สำหรับปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่ง ครึ่งชีวิตเป็น คงที่ — ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น. คุณสามารถหาค่าคงที่ความเร็วได้จากมัน:
$$k = \frac{0.693}{t_{\frac{1}{2}}}$$
ตัวอย่างฝึกหัด. ปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งมีครึ่งชีวิต $120\ \text{s}$. หาค่าคงที่ความเร็วของมัน.
$$k = \frac{0.693}{t_{1/2}} = \frac{0.693}{120} = 5.8 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}.$$
คุณยังสามารถหา $k$ ได้โดยการแทนข้อมูลอัตราเริ่มต้นลงในสมการอัตรา
สำรวจ
สมการอัตราการเกิดปฏิกิริยา & ลำดับปฏิกิริยา
[A] = [A]₀·bᵗ
ปฏิกิริยา อันดับหนึ่ง สลายตัวแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล — มีครึ่งชีวิตเท่าเดิม
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| rate equation/reɪt ɪˈkweɪʒn/ | สมการอัตรา |
| order of reaction/ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | ลำดับปฏิกิริยา |
| overall order of reaction/ˌəʊvəˈrɔːl ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | ลำดับปฏิกิริยารวม |
| rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/ | ค่าคงที่อัตรา |
| half-life/hɑːf laɪf/ | ครึ่งอายุ (half-life) |
26.1
กลไกปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นหลายขั้นตอน. ขั้นตอนช้าที่สุดคือ ขั้นตอนกำหนดความเร็ว, และควบคุมความเร็วรวม. เฉพาะสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องจนถึงขั้นตอนนี้เท่านั้นปรากฏในสมการความเร็ว.
*โปรไฟล์สองขั้นตอน: ขั้นตอนที่ช้ามีรั้วกที่ใหญ่กว่าและเป็นขั้นตอนกำหนดอัตรา; จุดต่ำระหว่างรั้วกทั้งสองคือสารกลาง
- สารกลาง คือสปีชีส์ที่ถูกสร้างในขั้นตอนหนึ่งแล้วถูกใช้หมดในขั้นตอนถัดไป มันไม่ปรากฏในสมการรวม
- คุณสามารถเสนอกลไกที่สอดคล้องกับทั้งสมการอัตราและสมการรวม, คาดการณ์อันดับจากกลไกที่กำหนด, หรือระบุขั้นตอนกำหนดอัตรา
หากคุณเปรียบเทียบ อัตราเริ่มต้น ของส่วนผสมต่างๆ สามารถสรุปสมการอัตราได้ และจากนั้นจึงหากลไก
ผลของอุณหภูมิ
การเพิ่มอุณหภูมิทำให้ค่าคงที่อัตรา $k$ เพิ่มขึ้น (โมเลกุลมีจำนวนมากขึ้นที่ผ่านพลังงานกระตุ้น), ดังนั้นอัตราจะเพิ่มขึ้น
สำรวจ
เส้นทางกลไกอินทรีย์
ติดตามการเคลื่อนที่ของคู่อิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นไปยังผลิตภัณฑ์
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/ | ขั้นกำหนดอัตรา |
| intermediate/ˌɪntəˈmiːdɪət/ | สารกลาง (Intermediate) |
| initial rate/ɪˈnɪʃl reɪt/ | อัตราเริ่มต้น |
26.2
ตัวเร่งปฏิกิริยา
หลักสูตร
- อธิบายว่าตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเป็น 是同相 หรือ 异相 ได้
- อธิบายวิธีการทำงานของ 异相催化剂 ซึ่งรวมถึงการ 吸附 ของสารตั้งต้น การลดแรงพันธะ และการ 脱附 ของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น: (ก) เหล็กในกระบวนการ Haber (ข) พาลลาเดียม แพลทินัม และโรเดียมในการกำจัดออกไซด์ของไนโตรเจนจากไอเสียเครื่องยนต์รถยนต์
- อธิบายวิธีการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ是同相 โดยการมีส่วนร่วมในขั้นตอนหนึ่งและถูกสร้างใหม่ในขั้นตอนถัดไป ตัวอย่างเช่น: (ก) ออกไซด์ของไนโตรเจนในบรรยากาศในการออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศ (ข) $\text{Fe}^{2+}$ หรือ $\text{Fe}^{3+}$ ในปฏิกิริยา $\text{I}^- / \text{S}_2\text{O}_8^{2-}$
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
ตัวเร่งปฏิกิริยา อาจเป็นแบบโฮโมจีนียสหรือเฮเทอโรจีนียส
ตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีนียส
ตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีนียส อยู่ในสถานะทางกายภาพต่างจากสารตั้งต้น (มักเป็นของแข็งร่วมกับแก๊ส) ทำงานในสามขั้นตอน:
- การดูดซับ: โมเลกุลของสารตั้งต้นเกาะติดกับพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา
- พันธเคมีในสารตั้งต้นอ่อนลง ทำให้ทำปฏิกิริยากันได้ง่ายขึ้น
- การคาย吸附: โมเลกุลของผลิตภัณฑ์ออกจากพื้นผิว
*ตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีนียสทำงานในสามขั้นตอน: สารตั้งต้นดูดซับ onto พื้นผิว, พันธที่อ่อนลงช่วยให้เกิดปฏิกิริยา, จากนั้นผลิตภัณฑ์คาย吸附ออก
*ตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีนียสจริงถูกผลิตเป็นเม็ดรูปร่างเล็ก แหวน และแผ่นกลมเจาะรู เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้สารตั้งต้นเกาะติด
ตัวอย่างเช่น آهن ในกระบวนการ Haber, และแพลตินัม แพลลาเดียม และโรดีอัม ในตัวแปลง catalytic converter
ตัวเร่งปฏิกิริยาโฮโมจีนียส
ตัวเร่งปฏิกิริยาโฮโมจีนียส อยู่ในสถานะทางกายภาพเดียวกับสารตั้งต้น ถูกใช้ไปในขั้นตอนหนึ่งแล้วถูกสร้างใหม่ในขั้นตอนถัดไป ดังนั้นจึงกลับมาเหมือนเดิม ตัวอย่างเช่น ออกไซด์ของไนโตรเจนช่วยในการออกซิไดซ์ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศ, และ $\text{Fe}^{2+}$ หรือ $\text{Fe}^{3+}$ เร่งปฏิกิริระหว่าง $\text{I}^-$ และ $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$
สำรวจ
วิธีที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา
เปิดตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วดูอัตราการพุ่งสูงขึ้น — มันเพิ่มการชนที่มีประสิทธิภาพต่อวินาทีโดยให้เส้นทางที่มีพลังงานต่ำกว่า
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | ตัวเร่งปฏิกิริยา |
| heterogeneous catalyst/ˌhetrəˈdʒiːnɪəs ˈkætəlɪst/ | ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ heterogeneous |
| adsorption/ədˈsɔːpʃn/ | การดูดกลืน |
| desorption/dɪˈsɔːpʃn/ | การปลดปล่อย |
| homogeneous catalyst/həˈməʊdʒnɪəs ˈkætəlɪst/ | ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ homogeneous |
26.2
ข้อแนะนำสำหรับการสอบ
- หา ลำดับ จากข้อมูลความเร็วเริ่มต้น: การเพิ่มความเข้มข้นเป็นสองเท่าที่ทำให้ความเร็วเป็นสองเท่าคือลำดับที่หนึ่ง, สี่เท่าคือลำดับที่สอง, ไม่มีการเปลี่ยนแปลงคือลำดับที่ศูนย์.
- เขียน $\text{rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ และหา หน่วยของ $k$ จากมัน
- ขั้นตอนกำหนดอัตรา มีสปีชีส์ (และอันดับ) ตามที่ปรากฏในสมการอัตรา — ใช้สิ่งนี้เพื่อทดสอบกลไก
- ครึ่งชีวิตคงที่ หมายความว่าปฏิกิริยาระดับหนึ่ง
บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้
ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที