什麼是平均反應速率?
平均反應速率用來衡量在化學反應進行的一段時間內,反應物或生成物濃度變化的快慢,單位為 mol/(L·s)。由於反應物會被消耗、生成物會逐漸產生,因此需要藉助化學計量係數,把各物種換算成同一個大家都認同的整體反應速率。
如何使用本計算器
首先選擇你追蹤的對象是反應物(濃度下降)還是生成物(濃度上升)。接著輸入起始與最終濃度(mol/L)、起始與最終時間(秒),以及該物種在平衡方程式中的化學計量係數。計算器會回傳反應的平均速率,並一併顯示計算過程中所用到的濃度變化量與時間變化量。
公式解析
對反應物 A 而言: $$\text{Rate} = -\frac{1}{a} \cdot \frac{\Delta[A]}{\Delta t}$$ 前方的負號可將負的濃度變化轉換成正的速率。對生成物 P 而言: $$\text{Rate} = \frac{1}{b} \cdot \frac{\Delta[P]}{\Delta t}$$ 除以係數(\(a\) 或 \(b\))能將速率標準化,使每個物種都能得到相同的整體反應速率值。
實例演算
以 2 N₂O₅ → 4 NO₂ + O₂ 為例。假設 [N₂O₅] 在 10 秒內由 1.00 mol/L 下降到 0.60 mol/L,係數為 2。\(\Delta[A] = 0.60 - 1.00 = -0.40 \ \text{mol/L}\),\(\Delta t = 10 \ \text{s}\)。 $$\text{Rate} = -\frac{-0.40}{2 \times 10} = \frac{0.40}{20} = 0.02 \ \text{mol/(L}\cdot\text{s)}$$
常見問題
為什麼要除以係數?如此一來,反應物消失的速率與生成物產生的速率,都能對應到方程式中那唯一的「整體反應速率」。
為什麼反應物算出來是正值?因為公式前方的負號會抵銷負的濃度變化,所以反應速率一律以正數表示。
如果我把係數留成 1 會怎樣?那麼算出的是該特定物種的濃度變化速率,並未換算成對應平衡方程式的標準化速率。