--- # System prepended metadata title: 2020年7月30日 上課 tags: [高中化學] --- # 2020年7月30日 上課 ###### tags: `高中化學` ## 第一階段：隨機抽問 1. （簡答題）請陳述化學平衡（chemical equilibrium）的充分必要條件。 2. （是非題）一個化學平衡系統必然是封閉系統（closed system）。 3. （簡答題）一個配平（balanced）的反應式，將其係數乘以 $n$，其平衡常數 $K$ 將如何變化？ 4. （是非題）假設 $k_+$ 表示正反應速率常數、$k_-$ 表示逆反應速率常數，則 $K$ 必然可以寫成 $K=k_+/k_-$ 5. （證明題）對於一般的反應式 $$a\text{A}+b\text{B}+\cdots\rightleftharpoons c\text{C}+d\text{D}+\cdots$$ 而言，證明 $K_\text{p}=K_\text{c}(RT)^{\Delta n}$，其中 $\Delta n$ 是氣相生成物係數和減去氣相反應物係數和。 6. （簡答題）說明勒沙特列原理（Le Châtelier’s principle）。 7. （簡答題）對於僅含有氣態物種（gaseous species）的平衡系統而言，分別在定壓下和定容下加入鈍氣會怎麼影響反應平衡？ 8. （計算題）已知 $\text{BaCrO}_4$ 及 $\text{Ag}_2\text{CrO}_4$ 的溶度積常數分別為 $1.2\times 10^{-10}$ 和 $2.5\times 10^{-12}$。若讓它們兩者分別溶於 $0.10~\text{M}$ 的 $\text{CrO}_4^{2-}$ 溶液中，何者較容易溶解？ 9. （是非題）離子積大於溶度積時，代表過飽和（supersaturation）。 10. （簡答題）請回答下列沉澱物顏色、溶液顏色、離子在水溶液中的顏色（全對才給分）： 1. $\text{SCN}^-_{(\text{aq})}$ 2. $\text{AgCl}_{(\text{s})}$ 3. $\text{Ba}\text{CrO}_{4(\text{s})}$ 4. $\text{ZnS}_{(\text{s})}$ 5. $\text{KMnO}_{4(\text{aq})}$ ### 答題狀況 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | | +2 | +2 | +2 | +0 | +2 | +2 | +2 | +2 | +2 | +0 | 說明：從7月30日上課開始，計分方式為 - 完整答對得2分， - 依靠口頭提示且完整答對得1分， - 其他情況得0分。 請注意依靠書面提示也屬於其他狀況。 ## 第二階段：觀念統整 #### 平衡常數的定義與性質 **定義**. 以下是一個經驗關係（[empirical relationship](https://en.wikipedia.org/wiki/Empirical_relationship)，指基於實驗與觀察而得到的關係）：對每一個可逆反應 $$a\text{A}+b\text{B}+\cdots\rightleftharpoons c\text{C}+d\text{D}+\cdots\tag{1}$$ 而言，可以寫出表示式 $$K_\text{c}=\dfrac{[\text{C}]^c[\text{D}]^d\cdots}{[\text{A}]^a[\text{B}]^b\cdots}，\tag{2}$$ 其中 $[\text{X}]$ 為物種 $\text{X}$ 的濃度。$K_\text{c}$ 是濃度的**平衡常數**。(2) 式有時稱為**化學平衡定律**（law of chemical equilibrium），[^1] 但最初 G.W.Guldberg 與 P.Waage 發現這個定律時是稱之為**質量作用定律**（law of mass action）。[^2] 若(1)式所含之物種均為氣態，即$$a\text{A}_{(\text{g})}+b\text{B}_{(\text{g})}+\cdots\rightleftharpoons c\text{C}_{(\text{g})}+d\text{D}_{(\text{g})}+\cdots\tag{3}$$ 而言，可定義壓力的平衡常數 $K_\text{p}$ 為 $$K_\text{p}=\dfrac{(P_\text{C})^c\,(P_\text{D})^d\cdots}{(P_\text{A})^a\,(P_\text{B})^b\cdots}，\tag{4}$$ 其中 $P_{\,\text{X}}$ 表示物種 $\text{X}_{\text{(g)}}$ 的分壓。 由理想氣體方程式 $$P_{\,\text{X}}V=n_{\text{X}}RT$$ 推得 $$P_{\,\text{X}}=\left(\dfrac{n_\text{X}}{V}\right)RT=C_\text{X}RT，\tag{5}$$ 其中 $C_{\,\text{X}}$ 表示物種 $\text{X}_{\text{(g)}}$ 的體積莫耳濃度，可求出 $K_\text{p}$ 與 $K_\text{c}$ 的關係為 $$K_\text{p}=K_\text{c}(RT)^{\Delta n}\tag{6}$$，其中 $\Delta n$ 是氣相生成物係數和減去氣相反應物係數和。 **性質**. 1. $K$ 值越**大**，代表向**右**反應趨勢較大；$K$ 值越**小**，代表向**左**反應趨勢較大。 2. $K$ 值**極大**，可視為向**右單向**反應；$K$ 值**極小**，可視為向**左單向**反應。 3. $K$ 值的單位通常為濃度的冪次，如 $\text{M}^\alpha$。 4. 平衡常數 $K$ 與反應商 $Q$ （用初始濃度代入平衡定律式的值）之關係： 1. $Q>K$：系統向左移動 2. $Q=K$：系統已達成平衡 3. $Q