1.可逆反應:指在同一條件(如同溫同壓或同密閉系統)下,
正反應方向與逆反應方向均可同時進行的反應。
一般可以雙箭頭符號「⇄」表示。如下反應:
(1)物理變化:水⇄水蒸氣
[水→水蒸氣 :正反應(蒸發);水←水蒸氣 :逆反應(凝結)]
(2)化學變化:氯化亞鈷晶體 ⇄ 無水氯化亞鈷 + 水
[氯化亞鈷晶體:紫紅色;無水氯化亞鈷:藍色]
2. 反應平衡狀態:在一可逆反應中,達到正反應的速率等於逆反應的速率的狀態。
此時正 . 逆反應仍持續進行,處於一種動態的平衡。如下反應:
(1)密閉容器(旋緊瓶蓋的寶特瓶)中的水,放幾天後,可見瓶身內壁有小水滴附著,
但水量幾乎不變,是因為水蒸發與水蒸氣凝結仍持續進行,
且相同時間內水蒸發成水蒸氣的分子數量與水蒸氣凝結成水的分子數量相等,
也就是水的蒸發速率等於水蒸氣的凝結速率,此時,已達平衡狀態。
(2)若將上述的寶特瓶的瓶蓋打開,水蒸氣散逸至瓶外,所以水量不斷減少,
此時,水蒸發的速率大於水蒸氣凝結的速率,無法達到平衡狀態。
(3)將溶質(如硝酸鉀 . 糖 . 食鹽等)持續加入定量的水中,直到形成飽和溶液,
此時溶質的溶解速率等於溶質的沉澱速率,也是一種動態的平衡。
(4)化學反應的平衡狀態:以大理石與鹽酸的反應為例說明:
a. 現象觀察:
a1. 反應初期:將大理石(碳酸鈣)放入廣口瓶中,倒入稀鹽酸後立刻用瓶蓋緊閉,
會有大量的二氧化碳氣泡產生;
a2. 平衡狀態:經過一段時間後,二氧化碳氣泡生成的速率減緩,最後看不到二氧化碳生成,
並且生成白色碳酸鈣沉澱;
a3. 平衡破壞:將瓶蓋再度打開,二氧化碳又開始產生。
b. 化學反應式:CaCO3 + 2HCl ⇄ CaCl2 + H2O + CO2 ↑
c. 現象解釋:
c1. 反應初期:反應物濃度較大,正反應速率較快;
c2. 平衡狀態:經過一段時間,反應物濃度降低,正反應速率變慢,
而生成物濃度增加,逆反應速率變快,當正反應速率等於逆反應速率時,
即達平衡狀態,反應物及生成物的濃度將保持不變;
c3. 平衡破壞:當瓶蓋再度打開,二氧化碳會逸散至瓶外,瓶內二氧化碳濃度降低,
使逆反應速率變慢,無法保持原來的平衡狀態,故又看到二氧化碳冒出。
(5)含有氣態反應物或生成物的可逆反應,必須在密閉條件下,才能達到平衡。
(6)一般可逆反應中,如果將生成物不斷移去,逆反應便無法進行,
反應結束後,仍無法達到平衡狀態。
3.改變平衡狀態的因素:包括濃度 . 溫度 . 壓力..等。
(1)濃度:以鉻酸鉀加酸或鹼的反應來說明:
a.化學反應式:2CrO42- + 2H+ ⇄ Cr2O72- + H2O
(鉻酸根:黃色) (二鉻酸根:橘紅色)
b. 將鉻酸鉀(K2CrO4)加入水中時,鉻酸鉀會解離出無色的鉀離子(K+)及
黃色的鉻酸根離子(CrO42-),而形成黃色溶液;
c. 加入酸性物質(含H+)後,溶液中的氫離子濃度變大,反應傾向右方進行,
使得橘紅色的二鉻酸根離子增加,因此,溶液由黃色變為橘紅色,達到一平衡狀態。
d. 再將鹼性物質(含OH-)加入橘紅色溶液中,氫氧根離子與氫離子酸鹼中和後,
使溶液中氫離子的濃度變小,反應傾向左方進行,使得鉻酸根離子增加,
因此溶液又變回黃色,直到達成一新的平衡狀態。
(2)溫度:以密閉容器中裝入二氧化氮在溫度改變時,變成 四氧化二氮的反應來說明:
a. 化學反應式:2NO2 ⇄ N2O4 + 熱量
(二氧化氮:紅棕色) (四氧化二氮:無色)
b. 將裝有紅棕色二氧化氮氣體的密閉燒瓶放入冰水中,此時溫度降低,反應傾向右方進行,
無色的四氧化二氮的分子增加,瓶內的顏色逐漸變淡;
c. 再將燒瓶放入熱水中,因溫度升高,反應傾向左方進行,
紅棕色的二氧化氮分子數增加,所以瓶內的氣體顏色再度變深。
(3)壓力:以密閉容器中裝入氮氣 .氫氣及氨氣(已達平衡),保持溫度不變下,
改變容器的體積,以改變容器內氣體壓力來說明三者的反應速率與濃度關係:
a.化學反應式:N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
b.增加容器內壓力(減少容器體積)時,平衡會向氣體莫耳數(係數和)較少的一方移動,
即此反應會向生成物(氨氣)的一方移動,正反應的速率會大於逆反應速率
(兩者的反應速率皆大於原來的反應速率),故達新平衡時,氨氣濃度會增加,
而氮氣與氫氣的濃度會降低(但比原來的濃度大)。
c. 減少容器內壓力(增加容器體積)時,平衡會向氣體莫耳數(係數和)較多的一方移動,
即此反應會向反應物(氮氣+氫氣)的一方移動,逆反應的速率會大於正反應的速率
(兩者的反應速率皆小於原來的反應速率),故達新平衡時,氮氣與氫氣的濃度會增加
(但比原來的濃度小),而氨氣的濃度會降低。
*課文重點複習 :