"以Excel程式模擬反應速率" 修訂間的差異
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==1.現象說明 == | ==1.現象說明 == | ||
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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。 | 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。 | ||
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| − | == | + | ==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、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: | 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: | ||
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==3.實作項目 == | ==3.實作項目 == | ||
| − | *3. | + | *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: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'/> | |
| − | :::::<img style="width: | + | ::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: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'/> | |
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| − | : | + | *3.2計算反應物濃度及反應速率: |
| − | + | ::<img style="width:700px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/%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%872.5.png'/> | |
| − | + | ::<img style="height:350px;" 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'/> | |
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::以反應物濃度對時間作圖如下: | ::以反應物濃度對時間作圖如下: | ||
| − | + | ::<img style="height:350px;" 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'/> | |
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::由前述公式我們可以繪出反應速率與時間的關係如下: | ::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:350px;" 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'/> | ||
| + | ::<img style="width:800px;" 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%872.9.png'/> | ||
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::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。 | ::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。 | ||
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*4.1影響半衰期的因素 | *4.1影響半衰期的因素 | ||
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::起始濃度: | ::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 ) | + | ::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) |
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::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。 | ::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。 | ||
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::一次反應的半衰期: | ::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 | ::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="width:300px;" 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%8F%8D%E6%87%89%E9%80%9F%E7%8E%872.11.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/9/95/%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%872.12.png'/> | ||
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| − | + | ==5.教學目標與評量 == | |
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| − | + | *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能從結論做出預測，例如不同起始物濃度時，各級反應之濃度與時間圖關係，各級反應之半衰期變化 。 | ||
| + | *5.4 能了解「線性相關」之意涵。 | ||
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| − | == | + | ==6.參考資料 == |
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| + | *6.1參考文獻 | ||
| + | :[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)。 | ||
| + | :*6.1.2 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。 | ||
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於 2019年9月24日 (二) 06:25 的最新修訂
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。
1.現象說明
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.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、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:
- 2.1 反應速率應如何定義?
- 2.2 如何在Excel中獲得反應速率?
- 2.3 如何表示一至三次反應之反應速率式?
- 2.4 如何計算半衰期?
3.實作項目
- 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)
- 之起始濃度
及速率常數
- 3.2計算反應物濃度及反應速率:
- 以反應物濃度對時間作圖如下:
- 由前述公式我們可以繪出反應速率與時間的關係如下:
- 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.分析與結論
- 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)
- 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
- 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。
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能從結論做出預測，例如不同起始物濃度時，各級反應之濃度與時間圖關係，各級反應之半衰期變化 。
- 5.4 能了解「線性相關」之意涵。
6.參考資料
- 6.1參考文獻
- 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)。
- 6.1.2 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。
