以Excel程式模擬反應速率 - 修訂歷史

林子君於 2019年9月24日 (二) 06:25

2019-09-24T06:25:33Z

林子君於 2019年9月18日 (三) 18:06

2019-09-18T18:06:24Z

林子君於 2019年9月18日 (三) 17:42

2019-09-18T17:42:46Z

林子君於 2019年8月6日 (二) 16:31

2019-08-06T16:31:57Z

顯示變更

林子君於 2019年8月6日 (二) 13:32

2019-08-06T13:32:48Z

林子君於 2019年6月19日 (三) 08:57

2019-06-19T08:57:03Z

林子君於 2019年6月19日 (三) 08:45

2019-06-19T08:45:36Z

鍾國辰於 2019年6月19日 (三) 08:20

2019-06-19T08:20:33Z

林子君：已建立頁面，內容為 "
化學反應速率與反應物濃度、反應速率常數(rate constant) 、及反應級數(order)有關。藉…"

2019-05-28T18:42:20Z

已建立頁面，內容為 "<div style="float:left;"> 化學反應速率與反應物濃度、反應速率常數(rate constant) 、及反應級數(order)有關。藉…"

新頁面

<div style="float:left;">
化學反應速率與反應物濃度、反應速率常數(rate constant) 、及反應級數(order)有關。藉由Excel程式模擬反應物或產物與時間的關係，經由改變各種實驗條件，了解反應速率的內涵。 &emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp; 

 
</div>

==1.說明： ==
在學習反應速率的過程中，學習者接觸的核心概念包括反應速率常數、反應級數、逆反應等。對於一次反應，我們也介紹其「半衰期」與反應物起始濃度無關(=ln2/k)。Excel程式是學習反應速率的最佳工具，因為我們可以引入「一段極短時間」的概念，改變實驗條件進行探索，計算濃度與時間、反應速率與時間的關係。例如，我們可以紀錄反應物濃度與時間的關係，證明(只有)一次反應之半衰期與反應物起始濃度無關。當正反應和逆反應同時發生時，我們可以學習到化學平衡是「正反應速率和逆反應速率相等」的結果。
 
==2.教學目標 ==

利用Excel程式，改變實驗條件，包括反應物濃度、反應級數、逆反應等，讓學習者深入了解反應速率及平衡。教師可視時間多寡，使用電腦教室讓同學一次或分次自行完成Excel程式，或讓同學使用已完成的程式。
 
==3.實驗步驟 ==

*3.1設定「時間差」(△t)及「時間軸」，設定一次反應之起始濃度［A］0(2.0M)及速率常數k(0.3s-1):

:::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%871.png'/>
::如圖，設△t = 0.1s，作時間軸

::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.png'/>

*3.2 計算反應物濃度及反應速率

::對於一次反應，每經過△t時間，反應速率為:

::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%873.png'/>
::因此時間t+△t時的反應物濃度為時間t的反應物濃度加上反應量k x［A］x△t :
::::::［A］t+△t=［A］t+k x［A］t x△t (如下圖)
 

::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%874.png'/>
 
::以反應物濃度對時間作圖如下:

::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%875.png'/>
 
::由前述公式我們可以繪出反應速率與時間的關係如下:

::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%876.png'/>
::對於n >1次反應，每經過△t時間，反應速率為:

::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%877.png'/>
::因此時間t+△t時的反應物濃度為時間t的反應物濃度加上反應量k x［A］x△t:
:::::::［A］t+△t=［A］t+k x［A］tnx△t
::將一次反應的程式修改(速率常數的單位不同)，可得二次三次反應之濃度及反應速率關係圖。

*3.3 半衰期

::反應物濃度為原始濃度的二分之一所需的時間，稱為「半衰期」。試分別以反應物起始濃度、速率常數為操縱變因紀錄各反應之半衰期。
 
==4.探索 ==

*4.1影響半衰期的因素

::起始濃度:
::以反應物起始濃度為操縱變因，得各次反應半衰期(秒)如下表( k=0.3 )

::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%878.png'/>
 
::從表中可以看出，一次反應的半衰期與反應物起始濃度無關，其他反應的半衰期則與起始濃度有關。
 
::一次反應的半衰期:
::以速率常數為操縱變因，反應物起始濃度為 2.0 M，得一次反應半衰期(秒)如下表

::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%879.png'/>
::以半衰期對速率常數作圖，兩者似乎成反比關係，再以半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係如下。

::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%8710.png'/>
 
==5.參考文獻 ==

反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
 
==6.進階探索 ==

*6.1
:一次反應之半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係。試著從這些數據計算直線的平均斜率 m，寫出半衰期與速率常數的關係式(假設截距為零)。

*6.2
:碳原子的同位素 14C 半衰期為 5730年，衰變是一次反應。當植物死亡後，其14C 濃度便逐年下降，我們可以藉此判斷化石或古物的年代。例如，每公克的木質化石14C 放射性是每公克現代木質的四分之一，則我們預估該化石來自11460年前的樹木。

@@ 行 64： / 行 64： @@
 *6.1參考文獻
-::[1] 反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
+:[1] 反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
 *6.2 進階知識
 :*6.1.1 一次反應之半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係。試著從這些數據計算直線的平均斜率 m，寫出半衰期與速率常數的關係式(假設截距為零)。

@@ 行 25： / 行 25： @@
 ::之起始濃度<img style="width:50px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.2.png'/>及速率常數<img style="width:50px;"
 src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.3.png'/>
-::<img style="height:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.png'/>
+::<img style="height:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.png'/>
-*3.2	設計多步驟「循環回饋」反應:
+*3.2計算反應物濃度及反應速率:
-::最容易製造出震盪反應的是以下的想像實驗
+*3.3半衰期
-::<img style="height:200px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%895.png'/>
+::反應物濃度為原始濃度的二分之一所需的時間，稱為「半衰期」。試分別以反應物起始濃度、速率常數為操縱變因紀錄各反應之半衰期。
-::其中，反應物和產物相互抵消，因此是一個「零」反應，而每一格個別反應都包含了回饋機制。
+<br><br>
-::以標準參考條件:
-::<img style="width:600px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%896.png'/>，所得的濃度與時間相關圖如下:
+==4.分析與結論 ==
-::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%897.png'/>
+*4.1影響半衰期的因素
-::三種分子的濃度隨時間以不同的週期震盪，且濃度變化顯示反應漸趨平衡。
+::起始濃度:
-*3.3	三種分子的起始濃度與速率常數對震盪周期的影響:
+*6.1參考文獻
-::<img style="width:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%898.png'/>
+::[1] 反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
 <br><br><br><br><br><br><br>

@@ 行 1： / 行 1： @@
 <div style="float:left;">
-<font color="black" size="4">震盪反應是一類非常特別的化學反應，原因是反應過程中某一或多種分子的濃度會隨時間反覆地增減。藉由Excel程式模擬震盪反應，我們可以讓同學經由改變實驗條件，了解震盪反應的內涵。 &emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;<br></font><br>
+<font color="black" size="4">化學反應速率與反應物濃度、反應速率常數(rate constant) 、及反應級數(order)有關。藉由Excel程式模擬反應物或產物與時間的關係，經由改變各種實驗條件，了解反應速率的內涵。 &emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;<br></font><br>
 <br><br>
 </div>
 <hr>
-==1.說明 ==
+==1.現象說明 ==
-震盪反應的過程中，某一或多種分子的濃度會隨時間反覆地增減。震盪反應曾引起化學家們極大的興趣，某一分子的濃度在反應中反覆循環，與傳統的化學反應非常不同。
+在學習反應速率的過程中，學習者接觸的核心概念包括反應速率常數、反應級數、逆反應等。對於一次反應，我們也介紹其「半衰期」與反應物起始濃度無關(=ln2/k)。Excel程式是學習反應速率的最佳工具，因為我們可以引入「一段極短時間」的概念，改變實驗條件進行探索，計算濃度與時間、反應速率與時間的關係。例如，我們可以紀錄反應物濃度與時間的關係，證明(只有)一次反應之半衰期與反應物起始濃度無關。當正反應和逆反應同時發生時，我們可以學習到化學平衡是「正反應速率和逆反應速率相等」的結果。
 <br><br>
-==2.教學目標 ==
+==2.探究問題 ==
-在實驗室中我們操作過震盪反應(若時間充裕可加做BZ反應)之後，可以利用Excel程式模擬震盪反應過程，模擬可以讓同學改變實驗條件，包括反應物起始濃度，以及速率常數。
+利用Excel程式，改變實驗條件，包括反應物濃度、反應級數、逆反應等，讓學習者深入了解反應速率及平衡。教師可視時間多寡，使用電腦教室讓同學一次或分次自行完成Excel程式，或讓同學使用已完成的程式。過程中探究:
 <br><br>
-==3.實驗步驟 ==
+==3.實作項目 ==
-*3.1	設計「回饋」反應，並將模擬結果與沒有回饋機制的反應比較:
+*3.1	設定「時間差」(t)及「時間軸」，設定一次反應 (參考答案如下，實作中讓同學以不同的實驗條件操作)
-::<img style="width:600px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%891.png'/>
+::::::<img style="width:100px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.1.png'/>
+::之起始濃度<img style="width:50px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.2.png'/>及速率常數<img style="width:50px;"
-::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E9%9C%87%E7%9B%AA%E5%8F%8D%E6%87%892.png'/>
+src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.3.png'/>
+::<img style="height:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.png'/>
 *3.2	設計多步驟「循環回饋」反應:

@@ 行 4： / 行 4： @@
 <br><br>
 </div>
 ==1.現象說明 ==

@@ 行 55： / 行 55： @@
 ::反應物濃度為原始濃度的二分之一所需的時間，稱為「半衰期」。試分別以反應物起始濃度、速率常數為操縱變因紀錄各反應之半衰期。
 <br><br>
-==4.探索 ==
+==4.分析與結論 ==
 *4.1影響半衰期的因素
@@ 行 74： / 行 74： @@
 ::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%8710.png'/>
 <br><br>
-==5.參考文獻 ==
+==5.教學目標與評量 ==
-反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
+*5.1能實際撰寫Excel程式、從數據、繪製圖表 。
 <br><br>
-==6.進階探索 ==
+==6.參考資料 ==
-*6.1
+*6.1 參考文獻
-:一次反應之半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係。試著從這些數據計算直線的平均斜率 m，寫出半衰期與速率常數的關係式(假設截距為零)。
+:反應速率: https://en.wikipedia.org/wiki/Rate_equation
+*6.2進階知識
-*6.2
+:*6.2.1
-:碳原子的同位素 14C 半衰期為 5730年，衰變是一次反應。當植物死亡後，其14C 濃度便逐年下降，我們可以藉此判斷化石或古物的年代。例如，每公克的木質化石14C 放射性是每公克現代木質的四分之一，則我們預估該化石來自11460年前的樹木。
+::一次反應之半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係。試著從這些數據計算直線的平均斜率 m，寫出半衰期與速率常數的關係式(假設截距為零)。
 <br><br><br><br><br><br><br>

@@ 行 16： / 行 16： @@
 *3.1設定「時間差」(△t)及「時間軸」，設定一次反應之起始濃度［A］<sub>0</sub>(2.0M)及速率常數k(0.3s<sup>-1</sup>):
-:::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%871.png'/>
+:::::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%871.png'/>
 ::如圖，設△t = 0.1s，作時間軸
@@ 行 25： / 行 25： @@
 ::對於一次反應， 每經過△t時間，反應速率為:
-::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%873.png'/>
+::::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%873.png'/>
 ::因此時間t+△t時的反應物濃度為時間t的反應物濃度加上反應量k x［A］x△t :
 ::::::［A］<sub>t+△t</sub>=［A］<sub>t</sub>+k x［A］<sub>t</sub>  x△t (如下圖)
@@ 行 41： / 行 41： @@
 ::對於n >1次反應， 每經過△t時間，反應速率為:
-::::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%877.png'/>
+::::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%877.png'/>
 ::因此時間t+△t時的反應物濃度為時間t的反應物濃度加上反應量k x［A］x△t:
 :::::::［A］<sub>t+△t</sub>=［A］<sub>t</sub>+k x［A］<sub>t</sub><sup>n</sup>x△t
@@ 行 57： / 行 57： @@
 ::以反應物起始濃度為操縱變因，得各次反應半衰期(秒)如下表( k=0.3 )
-::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%878.png'/>
+::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%878.png'/>
 <br><br>
 ::從表中可以看出，一次反應的半衰期與反應物起始濃度無關，其他反應的半衰期則與起始濃度有關。
@@ 行 64： / 行 64： @@
 ::以速率常數為操縱變因，反應物起始濃度為 2.0 M，得一次反應半衰期(秒)如下表
-::<img style="wide:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%879.png'/>
+::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%879.png'/>
 ::以半衰期對速率常數作圖，兩者似乎成反比關係，再以半衰期對速率常數之倒數作圖，得到線性關係如下。

以Excel程式模擬反應速率 - 修訂歷史

林子君 於 2019年9月24日 (二) 06:25

林子君 於 2019年9月18日 (三) 18:06

林子君 於 2019年9月18日 (三) 17:42

林子君 於 2019年8月6日 (二) 16:31

林子君 於 2019年8月6日 (二) 13:32

林子君 於 2019年6月19日 (三) 08:57

林子君 於 2019年6月19日 (三) 08:45

鍾國辰 於 2019年6月19日 (三) 08:20

林子君：已建立頁面，內容為 " 化學反應速率與反應物濃度、反應速率常數(rate constant) 、及反應級數(order)有關。藉…"