2-2 碰撞理論
碰撞理論 2-2 化學反應是如何發生的呢？科學家提出碰撞理論 (collision theory) 來說明化學反應為何發生及如何進行。在反應過程中，反應物是如何變成產物？而能量又如何變化？本節將探討這些問題。 2-2.1 有效碰撞 2-2.2 粒子動能分布曲線圖 與反應位能圖 2
有效碰撞 2-2.1 碰撞理論： 反應物粒子必須互相碰撞，才可能發生反應； 而且反應物粒子必須發生有效碰撞之後，方能 反應生成產物。 德國的特勞茲-1916 年 英國的路易斯-1918 年 反應物粒子必須互相碰撞，才可能發生反應； 而且反應物粒子必須發生有效碰撞之後，方能 反應生成產物。 反應速率∝ ， 有效碰撞與 及 有關。 有效碰撞頻率 能量大小 碰撞位向 3
有效碰撞 2-2.1 有效碰撞與 及 有關。 能量大小 碰撞位向 1.能量大小： 每一個化學反應要發生，都有其所需的最低能量，稱為 。 有效碰撞與 及 有關。 能量大小 碰撞位向 1.能量大小： 每一個化學反應要發生，都有其所需的最低能量，稱為 。 低限能 2.碰撞位向： 反應物粒子互相碰撞的位向也必須正確，才會是有效碰撞。 動畫：碰撞學說的內容 4
有效碰撞 2-2.1 2.碰撞位向： 以 NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) 為例： X √ X 5
範例 2-6 下列有關碰撞理論的敘述，何者正確？ (A)反應物粒子互相碰撞，就會發生化學反應 (B)反應物粒子具有足夠的能量，就能發生化學反應 (C)反應物粒子需具有足夠的能量及適當的碰撞位 向，才可發生反應 (D)反應物粒子所具有的能量稍微不足，但適當的 碰撞位向也可以發生反應 (E)反應物粒子間碰撞位向適當，就會發生化學反應 6
練習題 2-6 在 CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) 的反應中，下列何者為適當的碰撞位向？ (E)以上皆非 7
2-2.2 一﹑粒子動能分布曲線： 粒子動能分布曲線圖與反應位能圖 由右圖可以看出，具有中間值能量的粒子占多數，能量大及能量小的粒子則較少。 大多數的粒子之能量較接近平均值，動能超過 的粒子才可能發生反應。 低限能 8
2-2.2 二﹑反應過程的位能變化： 反應過程中須越過一能量障壁，反應物粒子互相碰撞後，所形成一種具有高位能、極不穩定的中間物質稱為 。 粒子動能分布曲線圖與反應位能圖 2-2.2 二﹑反應過程的位能變化： 反應過程中須越過一能量障壁，反應物粒子互相碰撞後，所形成一種具有高位能、極不穩定的中間物質稱為 。 活化複合體與反應物之間的位能差，稱為 。 活化複合體 活化能 動畫：反應位能圖 9
粒子動能分布曲線圖與反應位能圖 2-2.2 二﹑反應過程的位能變化： Eaf：正反應活化能 Ear：逆反應活化能 10
粒子動能分布曲線圖與反應位能圖 2-2.2 二﹑反應過程的位能變化： 以一氧化碳和二氧化氮反應生成二氧化碳及一氧化氮為例： 活化複合體 11
範例 2-7 右圖為某一化學反應的反應位 能圖，下列敘述何者正確？ (A)圖中 X、Y、Z 依序表反應 物、活化複合體、產物 (B)正反應的活化能為 150 kJ mol－1 (C)逆反應的活化能為 115 kJ mol－1 (D)本反應的反應熱為 75 kJ mol－1 (E)此反應為吸熱反應 12
練習題 2-7 在 A + B → D + E 反應中， A 與 B 先形成活化複合體 C， 再由 C 變為 D 及 E，C 較 (A + B) 的能量高 30 kcal， 較 (D + E) 的能量高 45 kcal 。 根據上述，回答下列問題： (1) 畫出此反應之位能圖， 並標明正、逆反應之活化能。 (2) 反應熱為何？ 解答 (1) (2) ΔH＝Eaf－Ear ＝30－45 ＝－15 (kcal) 13
學習成果評量 答： 右圖為反應 的反應過程的位能 變化圖，試問： (1) 此反應的活化能 為何？ (2) 此反應的反應熱 為何？ 右圖為反應 的反應過程的位能 變化圖，試問： (1) 此反應的活化能 為何？ (2) 此反應的反應熱 為何？ 答： (1) 132 kJ mol－1 (2) ΔH＝－266 kJ mol－1 14
學習成果評量 黃磷在空氣中可自燃，則下列圖形何者可表示其反應過程及能量變化？ 15