題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
判定反應級數不必先猜:把濃度數據分別按 c、ln c、1/c 對時間作圖,哪一條成直線就是哪一級。零級斜率是 −k,一級斜率是 −k,二級斜率是 k,量綱各不相同。
示意數據:t = 0 / 10 / 20 / 30 min 時 c = 0.100 / 0.080 / 0.064 / 0.0512 M。以上濃度與時間均為自編示意,非真實動力學實驗記錄。
二、逐題精講
題1
題1 分別檢驗 c–t、lnc–t、1/c–t 的線性,判定級數。
解析
零級檢驗:相鄰 c 差為 −0.020 / −0.016 / −0.0128,不等,c–t 不是直線,非零級。
二級檢驗:1/c 為 10.000 / 12.500 / 15.625 / 19.531,相鄰差 2.500 / 3.125 / 3.906,也不等,非二級。
一級檢驗:每 10 min 濃度乘 0.8(0.100→0.080→0.064→0.0512),等比遞減即 ln c 對 t 等距下降,成直線,判一級反應。
回代核驗:c₃/c₀ = 0.0512/0.100 = 0.512,且 0.100×0.8³ = 0.0512 = 0.0512,與 t=30 數據一致;三段公比相同,閉合。
答案 一級反應;c–t 與 1/c–t 差分不等,lnc–t 等距下降
採分點 零級差分 1 分;二級差分 1 分;等比判據 2 分;公比回代 2 分
易錯點 看到濃度下降就判零級;把 1/c 的差分當等比;漏掉 ln 取自然對數
題2
題2 求一級速率常數 k 與半衰期 t½,並說明為什麼半衰期與初始濃度無關。
解析
一級積分式:ln(c₀/c) = kt,故 k = ln(0.100/0.0512)/30 = 0.02231 min⁻¹。
半衰期 t½ = ln2/k = 31.06 min。
與 c₀ 無關的原因:t½ 由 ln2 與 k 決定,c₀ 在 ln(c₀/(c₀/2)) = ln2 中被約掉;二級反應 t½ = 1/(kc₀) 才依賴 c₀,這也是「判級數」必須先於「算半衰期」的理由。
回代核驗:把 t½ 代回 c = c₀·e^(−k·t½) = 0.100×e^(−0.02231×31.06) = 0.05 M = c₀/2,閉合。
答案 k=0.02231 min⁻¹;t½=31.06 min;一級半衰期與 c₀ 無關
採分點 k 2 分;半衰期 2 分;與 c₀ 無關的原因 2 分;回代 1 分
易錯點 把 ln 寫成 log₁₀ 不換底;把 t½ 寫成 1/(kc₀);忘記 min⁻¹ 量綱
三、規律小結與對照表
| 級數 | 線性化 | 斜率 | 半衰期 |
|---|---|---|---|
| 零級 | c 對 t | −k | c₀/(2k) |
| 一級 | ln c 對 t | −k | ln2/k |
| 二級 | 1/c 對 t | k | 1/(kc₀) |
| 本例 | 等比 0.8 | 判一級 | 31.07 min |
小結:先看誰成直線,再選半衰期公式。本例公比 0.8、k=0.02231 min⁻¹、t½=31.06 min,c₀ 被約掉;零級與二級的差分都不等,已排除。以上為自編示意數據。
四、自測清單
- 能說出 c、ln c、1/c 三種線性化分別對應哪一級
- 能用相鄰差分排除零級與二級
- 能由等比遞減判一級
- 能由 ln(c₀/c)=kt 求 k
- 能由 ln2/k 求半衰期
- 能說明一級半衰期與 c₀ 無關