在日常生活中 將水放進冷凍庫凝固成冰塊後 再拿出來至室溫下 冰塊會融化回復為液態水 這是物理變化的可逆現象 也就是物理上的可逆變化 定溫下 在廣口瓶中放入適量水並加蓋 一段時間之後 我們會看到廣口瓶內側有水蒸氣凝結 而且水量沒有明顯的變化 這是因為瓶子加蓋 使得液態水與汽化 所產生的水蒸氣在一個密閉系統中 由於溫度不變 水的蒸發速率固定 但水蒸氣的凝結速率 會隨著水蒸氣的含量漸漸增加而提高 當水的蒸發速率「等於」凝結速率時 此廣口瓶內的壓力 即為水的飽和蒸氣壓 水的蒸發與凝結達到動態平衡 我們可由此了解物理上可逆現象的 存在以及同時進行的狀況 此外 溶解平衡也是一種物理上的可逆現象 定溫下 在定量的水中加入大量的氯化鈉晶體 攪拌後 氯化鈉仍有部分無法溶解 氯化鈉的溶解速率等於結晶速率時 即達溶解平衡 溶液為飽和溶液 溶液的濃度為該溫度下氯化鈉的溶解度 那麼 在化學反應中 也有可逆反應嗎？ 答案是有的！ 化學反應中 有許多反應屬於可逆反應 最開始是來自1798年 法國化學家柏瑟列 在觀察納特隆湖之後 提出了可逆反應的概念 他發現湖邊有碳酸鈉的結晶層 推測這是來自湖中過量的 氯化鈉與碳酸鈣反應而成 這個反應與原本大家所熟知的 碳酸鈉遇到氯化鈣會 生成碳酸鈣沉澱的反應是相反的 柏瑟列提出了： 化學反應的正、逆反應可以同時發生 同時進行 在一密閉系統中、相同的條件下 正反應和逆反應可以同時進行 此類型的反應稱為可逆反應 可逆反應有哪些特性呢？ 1.這類型的反應式 反應物和生成物之間 會以雙箭頭⇌表示 2.溫度固定的密閉系統中 正反應速率與逆反應速率相等時 該反應達平衡 3.反應達平衡時 反應物與生成物會同時存在 而且各物種的量或濃度都不再變化 由於沒有任何物質的濃度會為零 所以這類型的反應為不完全反應 化學上常見的可逆反應有： 二氧化氮氣體 與四氧化二氮氣體的轉換 密閉系統中紅棕色的二氧化氮 可以形成無色的四氧化二氮 同時 四氧化二氮可再分解成二氧化氮 鉻酸根與二鉻酸根的轉換 在含有二鉻酸根的水溶液中 加入鹼性物質 會使橘色的二鉻酸根與水反應 生成黃色的鉻酸根 溶液由橘色轉變為黃色 此時 若改加入酸性物質 則鉻酸根可與氫離子反應 回復成橘色的二鉻酸根 酸鹼指示劑的顏色變化 例如：酚酞在pH＜8.2的 水溶液中呈無色 若在溶液中加入鹼性物質 使溶液的pH＞10.0 則酚酞會呈粉紅色 若於水溶液中再加入酸性物質 使水溶液重回pH＜8.2 則酚酞會再變為無色 可逆反應要在密閉系統中才能進行 因此 若於開放系統中 使得其中一種生成物逸散掉 將使生成物無法再變回反應物 或是該化學反應的逆反應速率極慢 幾乎無法進行 此時我們就將此類反應視為沒有逆反應 稱之為不可逆反應 在寫不可逆的反應式時 反應物與生成物之間 以單方向箭頭→來表示反應方向 因此 不可逆反應可能會有一種 或一種以上的反應物被完全消耗 也就是會有限量試劑的存在 故此類型的反應被視為完全反應 例如：甲烷與氧氣燃燒後 生成二氧化碳和水 二氧化碳和水無法再變回 甲烷與氧氣 接下來 我們來討論為什麼 有的化學反應為可逆反應 有的卻是不可逆反應？ 因為反應物變成生成物時 必需具有足夠的能量 才有機會轉變為生成物 同理 生成物要再轉變成反應物時 也必需獲得足夠的能量 才能進行逆反應 而所謂足夠的能量 是指反應的活化能 活化能可分為正反應活化能 與逆反應活化能 正反應活化能： 是指活化複合體與反應物間的能量差 逆反應活化能： 是指活化複合體與生成物間的能量差 而活化能是一種能量障礙 要產生反應的粒子 必須具有超越活化能的能量 才有機會進行反應 因此 在密閉系統中 若一化學反應的逆反應活化能很低 或者不是非常高 則逆反應得以進行 即為可逆反應 但若是逆反應的活化能非常高 則該反應的逆反應速率可能幾近為零 幾乎沒有生成物變回反應物 此時我們就把該反應的 逆反應視為無法發生 將該反應列為不可逆反應 定溫下 有關可逆反應的特性 下列敘述哪些正確？ 在開放系統中 可逆反應必定可達平衡 可逆反應的反應式以雙箭頭⇌表示 可逆反應達平衡時 正反應與逆反應都會停止進行 可逆反應的正反應與逆反應速率相等時 不會有任一物種的濃度為零 可逆反應都有極大的逆反應活化能 答案是 詳解： 可逆反應必須在密閉系統中 正反應速率才有機會 等於逆反應速率以達平衡 若反應物或生成物中有氣態物質 不斷地逸散到系統外 則反應無法達平衡 可逆反應達平衡時 正、逆反應會持續進行 正反應速率會與逆反應速率相等 且不等於零 而可逆反應會有較小的逆反應活化能 若逆反應活化能極大 便很難觀察到逆反應的存在 我們來回顧一下 這個單元學到的內容 1.物理上的可逆現象： 水的蒸發與凝結 溶解平衡： 氯化鈉的溶解速率與結晶速率相等 2.可逆反應的特性： 在密閉系統中 反應物變成生成物 生成物可以再變回反應物 反應式中 反應物和生成物間以雙箭頭⇌表示 在定溫的密閉系統中 當正反應速率等於逆反應速率時 反應達平衡 反應達平衡時 各物種的量和濃度都不再改變 且都不為零 為一不完全反應 大部分會有較小的逆反應活化能 3.不可逆反應的特性： 反應只能往單一方向進行 生成物無法變回反應物 不可逆的反應式 反應物與生成物之間 以單方向箭頭→來表示反應方向 不可逆反應會有限量試劑 可視為完全反應 通常會有極大的逆反應活化能 同學 看完本單元你是否已經學會 可逆反應的相關知識了呢？ 歡迎到留言區 與我們分享你的學習心得喔！ 我們下次再見