民國115年 高考三級 化學工程 物理化學（包括化工熱力學、動力學）
第4題
已知下列氣相反應： ( ) ( ) ( ) NO g O g NO g 某研究者提出以下反應機制： Step 1（快速平衡）： NO NO N O Step 2…
題目
已知下列氣相反應： ( ) ( ) ( ) NO g O g NO g 某研究者提出以下反應機制： Step 1（快速平衡）： NO NO N O Step 2（慢速步驟）： N O O NO 試回答下列問題： 根據慢速步驟寫出反應速率式。（5 分） 利用第一步快速平衡關係，推導中間體 N O 的濃度表示式。（10 分） 消去中間體濃度後，推導整體反應速率式。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、反應式為2NO（g）＋O_2（g）→2NO_2（g）。機制第一步為2NO⇌N_2O_2（快速平衡），第二步為N_2O_2＋O_2→2NO_2（慢速）。慢速步驟控制總速率，故其速率式為r_2＝k_2[N_2O_2][O_2]。
- 二、第一步快速平衡可寫K_1＝[N_2O_2]/[NO]^2，故[N_2O_2]＝K_1[NO]^2；若以正、逆速率常數表示，K_1＝k_1/k_－1。此即中間體N_2O_2的平衡濃度，成立條件是逆反應速率遠大於第二步的消耗速率。
- 三、將[N_2O_2]代入慢速步驟，得NO_2生成速率d[NO_2]/dt＝2k_2K_1[NO]^2[O_2]。若以反應進度定義總反應速率r＝（1/2）d[NO_2]/dt，則r＝k_2K_1[NO]^2[O_2]＝k[NO]^2[O_2]，其中k＝k_2K_1。
- 四、整體速率式對NO為二級、對O_2為一級，總級數為三級，符合實驗室常見的NO氧化動力學。但在高NO濃度下，N_2O_2平衡可能偏離，且NO_2二聚或逆向反應可能不可忽略；若改採穩態近似，當k_－1≫k_2[O_2]時亦可得相同結果。
- 五、答題時應先寫出慢速步驟速率，再以平衡常數消去中間體，最後合併常數；不可直接將NO與O_2寫成三級而不說明機制。若題目要求以NO消耗速率表示，因計量係數為2，r＝－（1/2）d[NO]/dt，仍為k[NO]^2[O_2]。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。