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<div style="float:left;"> <font color="black" size="4">藉由Excel程式模擬反應物及產物與時間的關係,經由改變各種實驗條件,了解化學平衡(chemical equilibrium)的內涵。化學反應達平衡時正反應速率等於逆反應速率,且平衡常數等於逆反應速率常數除以正反應速率常數。                 <br></font><br> <br><br> </div> <hr> ==1.現象說明 == 在學習化學平衡的過程中,學習者接觸的核心概念包括正、逆反應速率常數、反應級數等。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,改變反應條件進行探索,計算濃度與時間、反應速率與時間、反應商 (reaction quotient, Qr) 與時間的關係。 ==2.探究問題 == 利用Excel程式,改變實驗條件,包括反應物濃度、反應級數、反應速率常數,讓學習者深入了解化學平衡的內涵。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: *2.1 反應速率應如何定義? 反應物與產物的濃度如何表示? *2.2 如何在Excel中計算反應速率? *2.3 反應商如何隨時間改變,是漸增或漸減呢? *2.4 反應商不再改變時,其值等於平衡常數嗎? *2.5 平衡常數有沒有單位? <br><br> ==3.實作項目 == *3.1 設定「時間差」(t)及「時間軸」,設一基元反應(elementary reaction) 為 ::::::<img style="width:200px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A11.png'/> :基元反應的分子係數即為反應級數,因此正、逆反應速率分別為 ::::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A12.png'/> :反應物與產物之濃度與時間的關係分別為 ::::<img style="width:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A13.png'/> :<img style="height:70px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/34/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A14.png'/> :<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A15.png'/> :正、逆反應速率(rate[for] 、rate[back])與時間之關係如下: :<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/54/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A16.png'/> :可以看出,反應時間約 6 sec 時正、逆反應速率相等。反應商定義為 ::::::::<img style="width:100px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1e/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A17.png'/> :反應商與時間之關係如下: :<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A18.png'/> :<img style="width:500px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A19.png'/> *3.2 影響反應達平衡所需時間之因素(正、逆反應皆為一次反應) : :::::<img style="height:70px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A121.png'/> :*3.2.1 改變反應物起始濃度 :<img style="width:100px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A110.png'/> : [A] 、[B] 與時間之關係圖,正、逆反應速率與時間之關係圖,反應商與時間之關係圖分別為 ::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A111.png'/>:<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A112.png'/> ::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A113.png'/> :在[A] 、[B] 與時間之關係圖及正、逆反應速率與時間之關係圖中,所有的數據都是原反應條件的兩倍,反應商與時間之關係圖則和原反應條件數據相同。 *3.3 影響反應達平衡所需時間之因素(正反應為二次反應、逆反應為一次反應) : :::::<img style="height:70px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A114.png'/> :*3.3.1 反應物起始濃度分別為<img style="width:200px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A115.png'/> 及 ,反應商與時間之關係圖分別為 ::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A116.png'/> ::起始濃度低時,達平衡所需時間較長。 :*3.3.2 ::::<img style="width:800px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A117.png'/> ::<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A118.png'/> ::對於平衡常數相同的反應,正、逆反應速率較大時達平衡所需時間較短。 *3.4 影響反應達平衡所需時間之其他因素: :學生試寫出其他可設定的參數 ,整理出影響平衡時間的因素 。 <br><br> ==4.分析與結論 == *4.1 影響平衡所需時間的因素(起始濃度): :<img style="width:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A119.png'/> *4.2 影響平衡所需時間的因素(速率常數): :<img style="width:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/%E4%BB%A5Excel%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%A8%A1%E6%93%AC%E5%8C%96%E5%AD%B8%E5%B9%B3%E8%A1%A120.png'/> <br><br> ==5.教學目標與評量 == *5.1 能實際撰寫Excel程式、從數據、繪製圖表 。 *5.2 能從圖表或的結論,並能合理化解釋 。 *5.3能了解「化學平衡」之意涵,化學反應平衡時正、逆反應仍然持續進行,正、逆反應速率相等。 *5.4化學平衡時正、逆反應速率相等,反應商達固定值,即平衡常數。 <br><br> ==6.參考資料 == *6.1參考文獻 :[1] 化學平衡: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_equilibrium :[2] 平衡常數: https://en.wikipedia.org/wiki/Equilibrium_constant <br><br><br><br><br><br><br>
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