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溫度

一、溫度對反應速率的影響

  1. 溫度升高,不論吸熱或放熱反應(或正、逆反應),反應速率均變快。
  2. 例 過錳酸鉀與草酸反應:
    5C2O42-(aq)+2MnO4-(aq)+16H+(aq) → 10CO2(g)+2Mn2+(aq)+8H2O(l)
    溫度愈高,紫色消失的時間愈短,反應速率愈快。
    (圖示文字:冰水中 5°C|60°C;實驗開始;7 分後)
  3. 室溫(25°C)下,反應的活化能約為 50 kJ/mol,當溫度從 25°C 升高至 35°C 時,反應速率約可增為 2 倍。

二、溫度升高,反應速率變快的原因

  1. 主要因素:溫度升高,反應物粒子的平均動能變大,超越低限能的粒子數增加, 故有效碰撞頻率變高,反應速率變快。
    【註】有效碰撞頻率=總碰撞頻率 × 有效碰撞分率。
    (圖示文字:粒子數;T1;T2;溫度升高時,低限能不變; 能量超過低限能的粒子數增加;T1時平均動能;T2時平均動能;低限能;動能)
    (1) 曲線下方所圍的面積代表反應物粒子的總數,總粒子數量為定值,不隨溫度改變。
    (2) 當溫度由 T1 升高到 T2 時,曲線會往高動能的方向移動, 分布變寬而低平,反應物粒子的平均動能變大,超過低限能的粒子數增加。
  2. 次要因素:溫度升高,反應物粒子的運動速率變快,故總碰撞頻率變高,反應速率變快。
    【註】延伸補充:分子的平均速率(v)與絕對溫度的平方根成正比(v ∝ √T),在 35°C 和 25°C 時,分子的平均速率比值為:
    v35°C / v25°C = √((35+273)/(25+273)) = 1.017。
    無法吻合溫度從 25°C 升高至 35°C 時,反應速率增為原來 2 倍的結果,所以總碰撞頻率變高僅是反應變快的次要因素。
  3. 活化能愈高的反應,反應速率受溫度影響愈大。
    活化能較低的反應,無論是低溫或高溫,具有低限能以上動能的粒子數相差不多; 活化能較高的反應,在高溫時具有低限能以上動能的粒子數遠多於在低溫時。
  4. 溫度的影響
    溫度可改變/溫度無法改變
    溫度可改變 溫度無法改變
    粒子動能分布曲線 低限能(活化能)
    超過低限能的分子數 反應途徑(機構)
    總碰撞頻率、有效碰撞頻率 反應級數
    正、逆反應速率(不等量變化)
    正、逆反應速率常數(不等量變化)
    反應熱

重點:升溫會改變動能分布並增加超過低限能的粒子數(主要原因),也會讓粒子跑更快、碰撞更頻繁(次要原因)。

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