一、在化學反應中,化學鍵的破壞與生成會影響反應速率,不同類型的化學反應,造成反應速率不同。
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反應不涉及化學鍵的破壞,反應速率極快(活化能較低)。
例:
① 酸鹼中和反應:H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
② 陰離子與陽離子間的沉澱反應:Pb2+(aq) + CrO42-(aq) → PbCrO4(s)
③ 僅發生電子轉移(不涉及化學鍵的破壞)的反應:
Ce4+(aq) + Fe2+(aq) → Ce3+(aq) + Fe3+(aq) -
反應涉及化學鍵的破壞愈多,反應速率愈慢。
例:
5Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O(l)(較快)……(1)
5C2O42-(aq) + 2MnO4-(aq) + 16H+(aq) → 10CO2(g) + 2Mn2+(aq) + 8H2O(l)(較慢)……(2)
【註】式(2)須破壞 C2O42- 的 C-C 鍵,斷鍵較多。 -
反應需要破壞的鍵能愈大,反應速率愈慢。
例:
H2(g) + F2(g) → 2HF(g)(快速)……(3)
3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)(緩慢)……(4)
【註】式(4)須破壞鍵能較高的 N≡N 鍵。 -
反應速率一般通則,常溫下:
酸鹼中和反應 > 離子沉澱反應 > 離子間電子轉移反應(氧化還原反應)> 有機反應 > 燃燒反應常溫下常見反應速率比較 反應速率 反應類型 實例 說明 極快 酸鹼中和 H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l) 10-7秒內完成 99% 極快 沉澱 Ba2+(aq) + SO42-(aq) → BaSO4(s) 極快 氧化還原反應 Ce4+(aq) + Fe2+(aq) → Ce3+(aq) + Fe3+(aq) 僅涉及電子轉移 緩和 氧化還原反應 5Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O(l) 化學鍵的破壞較少 緩和 氧化還原反應 5C2O42-(aq) + 2MnO4-(aq) + 16H+(aq) → 10CO2(g) + 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) 化學鍵的破壞較多 極慢 有機反應 CH3COOH(l) + C2H5OH(l) → CH3COOC2H5(l) + H2O(l) 酯化,常使用濃硫酸為催化劑 極慢 燃燒反應 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 若不點火,幾乎無反應
二、同類型的反應,活性大的元素之反應速率通常較活性小的元素之反應速率快。
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例①: 鹼金屬與水作用產生氫氣:2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g)
活性:Cs > Rb > K > Na > Li ⇒
反應速率:Cs > Rb > K > Na > Li。 -
例②: 鹵素與氫氣作用產生鹵化氫:H2(g) + X2(g) → 2HX(g)
活性:F2 > Cl2 > Br2 > I2 ⇒
反應速率:F2 > Cl2 > Br2 > I2。 -
小提醒:常溫下,其他常見速率較快的反應
CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)(NO 對氧活性大,非燃燒反應)
P4(s) + 5O2(g) → P4O10(s)(白磷極易自燃,故須儲存於水中)
2CrO42-(aq) + 2H+(aq) → Cr2O72-(aq) + H2O(l)