我們在前一個單元已經知道 一個可逆的化學反應在定溫的密閉系統中 經過足夠的時間 當正反應速率等於逆反應速率時 此可逆反應即達動態平衡 此時達到平衡的化學可逆反應中 各反應物及生成物的濃度或量 都會維持不變 以一個實際的化學反應為例 若從高壓鋼瓶中取一些無色的四氧化二氮氣體放入密閉的容器中 在定溫下肉眼可觀察到容器中立刻出現 淡淡的二氧化氮紅棕色氣體 隨著時間增長紅棕色逐漸變深 但經過一段時間後 顏色深淺就不再改變 表示這個可逆反應已達到平衡 因此四氧化二氮以及二氧化氮的氣體濃度不再產生變化 若從反應速率與時間的關係圖來看 由於開始時系統中幾乎是四氧化二氮氣體 隨著時間增加 四氧化二氮不斷分解成二氧化氮 故濃度漸漸下降 正反應速率逐漸降低 而初始時因為二氧化氮濃度極低 故逆反應速率幾近為0 隨著時間增加 正反應不斷地進行使二氧化氮濃度漸漸上升 逆反應速率逐漸增加 一直到反應時間tₑ 兩條曲線重疊 即正反應速率等於逆反應速率時 反應達動態平衡 若觀察一可逆反應中 各物質濃度隨時間的變化曲線 可以計算得知： 化學反應方程式的平衡係數可表示反應過程中物質的相對變化量 以四氧化二氮與二氧化氮的反應式為例 若一開始系統中僅有四氧化二氮 反應時間0至tₑ間 四氧化二氮逐漸下降 而二氧化氮逐漸上升 反應時間達tₑ時 四氧化二氮與二氧化氮的濃度不再改變 則四氧化二氮由初始濃度達到平衡濃度的變化量 與二氧化氮從幾乎為0增加到平衡濃度變化量 兩者之比即為方程式的平衡係數比 1比2 要特別注意的是 達平衡時各物質的濃度比與該反應方程式平衡的係數比沒有直接的關係 若反應是在水溶液中進行 而且沒有氣體參與反應 則我們可以將水溶液視為是一個密閉系統 在定溫下也能達到動態平衡 例如：醋酸在水中的解離 當醋酸分解成醋酸根和氫離子的速率 等於醋酸根與氫離子結合成醋酸分子的速率時 水溶液中的醋酸 醋酸根離子 氫離子濃度均為定值 醋酸的解離達平衡 此水溶液可視為是一個密閉系統 在定溫下 固定體積的容器中 當某一化學反應達到動態平衡時 容器中各物質的濃度、壓力、莫耳數和顏色等巨觀性質不再發生變化 但反應仍持續進行中 因此 我們可以根據該反應的特性 觀察此密閉系統中某種巨觀性質來判斷反應是否達到動態平衡 例如：氣相反應中 有明顯可觀察到的顏色變化 畫面反應中 僅二氧化氮具有顏色-紅棕色 因此 可藉由觀察定溫、定容下 氣體顏色深淺的變化 以得知反應是否達平衡 當氣體反應左右兩邊的氣體係數和不同時 我們可藉由量測定溫、定容下 總壓力的變化 以得知此反應是否達平衡 但是有些化學反應無法藉由觀察系統的某種巨觀性質來確定是否達成動態平衡 例如畫面反應式中 左右兩邊的氣體係數和相等 因此無論此反應是否達平衡 在定溫且固定體積的容器中 此反應的總壓必為定值 故我們對於兩邊氣體係數和相等的化學反應 無法以觀察系統的總壓變化 來判斷是否達動態平衡 但由於碘為紫色蒸氣 故系統的顏色深淺是否不再變化 可以用來判斷平衡是否達成 由於乙的化學反應式中 左右兩邊的氣體係數和相等 故無法根據系統的總壓力不變來判斷反應是否達平衡 另外 任何化學反應均遵守質量守恆 我們無法根據系統總質量不變來判斷反應是否達平衡 故丙選項有誤 而戊的化學反應中 每一個物質皆為無色 故無法由此判斷是否達平衡 想想看同一個化學反應在溫度相同的條件下 若給予不同的起始濃度 達動態平衡時 有沒有可能會有相同的平衡濃度？ 一開始有可能是正反應速率大於逆反應速率 也有可能是逆反應速率大於正反應速率 不論反應是從哪一端啟動 或是同時開始 一段時間之後 正、逆反應速率相等且不為零時 反應物與生成物中各物質的濃度均為定值 即達動態平衡 這表示在密閉系統中 平衡狀態的建立可由正反應或逆反應方向啟動以達成 與反應進行的方向無關 因此 若是我們將一開始給予的起始濃度 故意強制使其全部向右反應 或是全部向左反應 再比較是否為相同的初始濃度組合 若為相同 則表示達平衡時 兩組實驗的最終濃度會相同 我們看到實驗編號的初始濃度： 四氧化二氮為0.75M 二氧化氮為0.50M 若強制使其向左反應 則二氧化氮會變成0Ｍ 四氧化二氮變為1.00M 此結果與實驗編號的初始狀況相同 實驗編號的初始濃度： 四氧化二氮為0M 二氧化氮為2.00M 若同樣強制使其向左反應 則二氧化氮會變為0M 而四氧化二氮變為1.00M 此結果與實驗編號的初始狀況也相同 實驗編號的初始濃度： 四氧化二氮為0.20M 二氧化氮為1.20M 若同樣強制使其向左反應 則二氧化氮會變為0M 四氧化二氮變為0.80M 可以發現此結果與實驗編號的初始狀況不同 故前三組實驗達平衡時 最終濃度均相同 最後一組的平衡濃度不一樣 我們故意強制這四組全部向左反應 再比較是否為相同的濃度組合 經強制向左反應 A、B、C這三組的各物質濃度組合相同 表示實驗達平衡時，A、B、C三組的最終濃度會相同 亦即生成的碘化氫濃度會相同 而D組經強制向左反應 濃度組合與其他三組不相同 讓我們來整理一下這個單元所學到的觀念： 以四氧化二氮與二氧化氮的反應為例 密閉的容器中、定溫下 若初始僅有四氧化二氮氣體： 於微觀角度來看 四氧化二氮濃度漸小 正反應速率漸慢 二氧化氮濃度漸大 逆反應速率漸快 當正反應速率等於逆反應速率時 此可逆反應即達動態平衡 肉眼可觀察到的巨觀性質為： 二氧化氮的紅棕色隨著時間逐漸變深 一段時間後 顏色深淺就不再改變 反應過程中物質的相對變化量等於化學反應方程式的平衡係數比 可依據化學反應的特性來觀察某巨觀性質以判斷平衡狀態是否達成 在密閉系統中 平衡狀態的建立可由正反應或逆反應方向啟動 與反應進行的方向無關 溫度相同條件下 若是我們將一開始給予的起始濃度 故意強制使其全部向右反應 或是全部向左反應 再比較是否為相同的初始濃度組合 若為相同 則表示達平衡時 兩組實驗的最終濃度會相同 同學們看完本單元你是否已經學會動態平衡概念的相關知識了呢？ 歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔！ 我們下次再見