化学动态平衡.ppt
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最後，N2O4分子分解的速率與NO2分子結合的
速率相等。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
當體系達致平衡狀態後，N2O4分子和NO2分子的 數目維持不變。
時間
時間 N2O4 NO2
?? 如果我們把NO2而 不是N2O4加入密 封的試管內，會怎
樣呢？
時間
體系達致平衡狀態後，NO2分子 和N2O4分子的數目維持不變。
Ch41:Assignment
• E22:MC(Q4-10) • 結構題及其它E11(Q12,14)
• Dueday: 28 / 4 ( )
圖4 在密封容器內進行的碳酸鈣的熱分解作用是不完全 的。
氨的工業製備 (哈柏法)
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 實驗的條件： 450°C和200大氣壓強 催化劑：碎鐵
乙酸的電離作用 乙酸分子在水中會輕微電離，生成乙酸 根離子和氫離子。
CH3COOH(aq) ⇌ CH3COO–(aq) + H+(aq)
這時，化學體系中並沒有可觀察的變化。 然而，由於正向反應和逆向反應仍在不斷 進行。
化學平衡的本質是動態的。
跑步的方向
輸送帶移動的方向
假設女子跑步的速率與輸送帶移動的速率相 等，只是它們的移動方向剛好相反。
女子和輸送帶的運動已達致動態平衡狀態。
試想想
你認為我們在本章開始時提及的噴泉，是否已達致 動態平衡狀態呢？為甚麼？
讓我們再從分子層 面考慮上述的化學 體系！
時間
N2O4
NO2
把少量N2O4加入密封的試 管後，有些分子會分解。
時間
N2O4
NO2
每個N2O4分子分解成兩 個NO2分子。
隨着時間過去，越來越多N2O4分子分解，生 成更多的NO2分子。
由於N2O4分子的數目下降，故此分解N2O4的速 率減慢。
與此同時，越來越多NO2分子互相碰撞，產生 反應，故此加快了生成N2O4的速率。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
最後，正向反應的速率等於逆向反應的速率。 體系達致平衡狀態。
處於平衡狀態時，由於N2O4及NO2的濃度 維持不變，故棕色的混合物的顏色會持續
不變。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
時間
時間
(c) 達致平衡狀態
(d) 處於平衡狀態時，由於
N2O4及NO2的濃度維持不 變，故棕色的混合物的顏
時間
(ii) 反應速率
H2 + I2 2HI 2HI H2 + I2
時間
(b) 描述反應混合物由反應開始直至達致平衡狀態的整 個過程中，它的顏色深度有何變化。 (注意：H2(g)和HI(g)是無色的，而I2(g)是紫色的。)
(b) 隨着時間過去，反應混合物由無色變為紫色。反應 混合物的顏色深度隨時間持續增加。當體系達致平 衡狀態時，反應混合物的顏色深度則保持不變。
以下是一些可逆反應的例子：
酯化作用esterification (生成酯ester)
CH3COOH(l) + CH3CH2OH(l) ⇌
乙酸
乙醇
CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l)
乙酸乙酯 ethyl
ethanoate
(酯的一種)
濃硫酸在反應中作為催化劑catalyst。
碳酸鈣的熱分解作用thermal decomposition
課堂練習 1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(a) 這個反應是不是可逆的？何以見得？
(a) 是，這是可逆反應。「 」這個符號表示反應能向 左右任何一個方向發生。
課堂練習 1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(b) 上述SO3的分解作用是正向反應還是逆向反應？
濃
N2O4
度
NO2
達致平衡的時間
時間
圖9 N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)中反應混合物的顏色強度變化 (圖
的上方) 及N2O4和NO2的濃度隨時間的變化 (下方曲線)。 (反應由N2O4(g)一方開始。)
概念檢查站
某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃 度是一樣的。
某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃 度維持不變，只是正向反應的速率和逆向反應的速 率才是相等的。
把碳酸鈣樣本放入密封的容器內，然後 加熱至大約825°C，碳酸鈣分解成固態氧 化鈣和二氧化碳。
CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
氧化鈣和二氧化碳會同時在容器內反應， 再次生成碳酸鈣。
結果，反應混合物含有這三種物質。
密封的容器
CO2分子
CaCO3(s)
加熱
加熱
CaCO3(s)和 CaO(s)的混合物
金屬與稀氫氯酸的反應 Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
稀氫氯酸
氫氣氣泡 鎂帶
圖2 鎂帶與稀氫氯酸反應，生成氯化鎂 溶液和氫氣。
酸鹼中和作用 HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)
鐵的生銹 4Fe(s) + 3O2(g) + 2nH2O(l) 2Fe2O3 ·nH2O(s)
在動態平衡下，反應混合物中同時含有反應 物和生成物，兩者的濃度維持不變，所以反 應混合物不會有可觀察的變化。
課堂練習 2
在某溫度下，把相同摩爾數的H2和I2氣體加入密封的瓶 子內，會發生以下的反應：
H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 反應混合物最後達致化學平衡。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料：
(b) 逆向反應
課堂練習1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(c) 寫出正向反應和逆向反應中的反應物和生成物。
(c) 正向反應：反應物是SO2和O2；生成物是SO3 逆向反應：反應物是SO3；生成物是SO2和O2
化學平衡的動態本質
當某化學體系的正向反應的速率相等於逆 向反應的速率時，體系便達致化學平衡狀 態。
試想想
是。這是因為流水進入水池的速率與它離開水池的速率 是一樣的。
考慮以下的反應：
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
把少量液態N2O4 (沸點 = 21°C) 加入維持於 40°C的密封容器內 (密閉體系)，液體會立即 汽化。
反應開始時，N2O4的濃度是最高的。
正向反應 (分解作用) 迅速發生。
•Ch41動態平衡
•Dynamic equilibrium
日常生活中有很多平衡的例子。
圖1 當進入泳池的水的速率與離開泳池的水的速率相等， 水位便達致平衡狀態。
不可逆反應irreversible reaction
有些反應只會向着一個方向進行。 反應物會完全變為生成物 (即反應是完全的)。 以下是一些不可逆反應的例子：
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
時間
時間
(a) 反應開始時，N2O4 的濃度是最高的。
(b) 當生成的NO2的數量 漸漸增加時，混合物
的顏色變為淺棕色。
隨着反應進行，N2O4的濃度逐漸下降， NO2的濃度逐漸上升。
N2O4的濃度逐漸下降時，正向反應的速 率會變得較低。
與此同時，NO2的濃度逐漸上升時，逆向反 應的速率會變得較高。
結果，所得溶液主要含有乙酸分子和極小 比例的乙酸根離子和氫離子。
CH3COO離子 H+離子
CH3COOH分子 乙酸溶液
圖5 乙酸的電離作用是可逆反應。
___不__可__逆__反__應____ 只會向着一個方向進行， 而且反應是完全的。
____可__逆__反__應_____ 會向左右任何一個方向 進行，而且反應是不完全的。
(i) H2、I2和HI的濃度隨時間的變化；
(i) 濃度
時間
An来自百度文库 (a) (i)
濃度
濃度
H2或 I2
或
HI
時間
HI H2或 I2
時間
課堂練習 2
。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料：
(ii) 正向反應的速率及逆向反應的速率隨時間的變 化，直至反應混合物達致平衡狀態為止。
(ii) 率反
應 速
圖11 要達致動態平衡，可從反應的相反方向開始進行。在平 衡狀態下， NO2分子和N2O4分子的數目維持不變。
總結動態平衡的特點
要達致動態平衡，反應體系必須是密閉體系， 使物質不可進入或離開體系。
要達致動態平衡，可從可逆反應的正向反應 或逆向反應任何一方開始。
在動態平衡下，正向反應和逆向反應的速率 相等。
圖3 鐵露置於濕潤的空氣中會與氧 和水反應，生成鐵銹。
可逆反應 reversible reaction
這些反應能向左右任何一個方向發生，視 乎反應條件而定。
這些反應可用以下方程式表示：
反應是可逆的
A + B ⇌C + D
反應物 生成物 (正向反應) 生成物 反應物 (逆向反應)
學習錦囊
為方便起見，我們常把可逆反應方程式左方的物質 稱為「反應物」，在右方的物質稱為「生成物」。
色會持續不變。
正向反應
反 N2O4(g) 2NO2(g)
應
速
率
化學平衡
(正向反應和逆向反
逆向反應
應的速率相等)
2NO2(g) N2O4(g)
達致平衡的時間
時間
圖8 N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)的正向反應的速率和逆向反應的 速率隨時間的變化。(反應由N2O4(g)一方開始。)
反應混合物的顏色
速率相等。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
當體系達致平衡狀態後，N2O4分子和NO2分子的 數目維持不變。
時間
時間 N2O4 NO2
?? 如果我們把NO2而 不是N2O4加入密 封的試管內，會怎
樣呢？
時間
體系達致平衡狀態後，NO2分子 和N2O4分子的數目維持不變。
Ch41:Assignment
• E22:MC(Q4-10) • 結構題及其它E11(Q12,14)
• Dueday: 28 / 4 ( )
圖4 在密封容器內進行的碳酸鈣的熱分解作用是不完全 的。
氨的工業製備 (哈柏法)
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 實驗的條件： 450°C和200大氣壓強 催化劑：碎鐵
乙酸的電離作用 乙酸分子在水中會輕微電離，生成乙酸 根離子和氫離子。
CH3COOH(aq) ⇌ CH3COO–(aq) + H+(aq)
這時，化學體系中並沒有可觀察的變化。 然而，由於正向反應和逆向反應仍在不斷 進行。
化學平衡的本質是動態的。
跑步的方向
輸送帶移動的方向
假設女子跑步的速率與輸送帶移動的速率相 等，只是它們的移動方向剛好相反。
女子和輸送帶的運動已達致動態平衡狀態。
試想想
你認為我們在本章開始時提及的噴泉，是否已達致 動態平衡狀態呢？為甚麼？
讓我們再從分子層 面考慮上述的化學 體系！
時間
N2O4
NO2
把少量N2O4加入密封的試 管後，有些分子會分解。
時間
N2O4
NO2
每個N2O4分子分解成兩 個NO2分子。
隨着時間過去，越來越多N2O4分子分解，生 成更多的NO2分子。
由於N2O4分子的數目下降，故此分解N2O4的速 率減慢。
與此同時，越來越多NO2分子互相碰撞，產生 反應，故此加快了生成N2O4的速率。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
最後，正向反應的速率等於逆向反應的速率。 體系達致平衡狀態。
處於平衡狀態時，由於N2O4及NO2的濃度 維持不變，故棕色的混合物的顏色會持續
不變。
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
時間
時間
(c) 達致平衡狀態
(d) 處於平衡狀態時，由於
N2O4及NO2的濃度維持不 變，故棕色的混合物的顏
時間
(ii) 反應速率
H2 + I2 2HI 2HI H2 + I2
時間
(b) 描述反應混合物由反應開始直至達致平衡狀態的整 個過程中，它的顏色深度有何變化。 (注意：H2(g)和HI(g)是無色的，而I2(g)是紫色的。)
(b) 隨着時間過去，反應混合物由無色變為紫色。反應 混合物的顏色深度隨時間持續增加。當體系達致平 衡狀態時，反應混合物的顏色深度則保持不變。
以下是一些可逆反應的例子：
酯化作用esterification (生成酯ester)
CH3COOH(l) + CH3CH2OH(l) ⇌
乙酸
乙醇
CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l)
乙酸乙酯 ethyl
ethanoate
(酯的一種)
濃硫酸在反應中作為催化劑catalyst。
碳酸鈣的熱分解作用thermal decomposition
課堂練習 1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(a) 這個反應是不是可逆的？何以見得？
(a) 是，這是可逆反應。「 」這個符號表示反應能向 左右任何一個方向發生。
課堂練習 1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(b) 上述SO3的分解作用是正向反應還是逆向反應？
濃
N2O4
度
NO2
達致平衡的時間
時間
圖9 N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)中反應混合物的顏色強度變化 (圖
的上方) 及N2O4和NO2的濃度隨時間的變化 (下方曲線)。 (反應由N2O4(g)一方開始。)
概念檢查站
某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃 度是一樣的。
某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃 度維持不變，只是正向反應的速率和逆向反應的速 率才是相等的。
把碳酸鈣樣本放入密封的容器內，然後 加熱至大約825°C，碳酸鈣分解成固態氧 化鈣和二氧化碳。
CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
氧化鈣和二氧化碳會同時在容器內反應， 再次生成碳酸鈣。
結果，反應混合物含有這三種物質。
密封的容器
CO2分子
CaCO3(s)
加熱
加熱
CaCO3(s)和 CaO(s)的混合物
金屬與稀氫氯酸的反應 Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
稀氫氯酸
氫氣氣泡 鎂帶
圖2 鎂帶與稀氫氯酸反應，生成氯化鎂 溶液和氫氣。
酸鹼中和作用 HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)
鐵的生銹 4Fe(s) + 3O2(g) + 2nH2O(l) 2Fe2O3 ·nH2O(s)
在動態平衡下，反應混合物中同時含有反應 物和生成物，兩者的濃度維持不變，所以反 應混合物不會有可觀察的變化。
課堂練習 2
在某溫度下，把相同摩爾數的H2和I2氣體加入密封的瓶 子內，會發生以下的反應：
H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 反應混合物最後達致化學平衡。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料：
(b) 逆向反應
課堂練習1
參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
(c) 寫出正向反應和逆向反應中的反應物和生成物。
(c) 正向反應：反應物是SO2和O2；生成物是SO3 逆向反應：反應物是SO3；生成物是SO2和O2
化學平衡的動態本質
當某化學體系的正向反應的速率相等於逆 向反應的速率時，體系便達致化學平衡狀 態。
試想想
是。這是因為流水進入水池的速率與它離開水池的速率 是一樣的。
考慮以下的反應：
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
把少量液態N2O4 (沸點 = 21°C) 加入維持於 40°C的密封容器內 (密閉體系)，液體會立即 汽化。
反應開始時，N2O4的濃度是最高的。
正向反應 (分解作用) 迅速發生。
•Ch41動態平衡
•Dynamic equilibrium
日常生活中有很多平衡的例子。
圖1 當進入泳池的水的速率與離開泳池的水的速率相等， 水位便達致平衡狀態。
不可逆反應irreversible reaction
有些反應只會向着一個方向進行。 反應物會完全變為生成物 (即反應是完全的)。 以下是一些不可逆反應的例子：
N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
無色
棕色
時間
時間
(a) 反應開始時，N2O4 的濃度是最高的。
(b) 當生成的NO2的數量 漸漸增加時，混合物
的顏色變為淺棕色。
隨着反應進行，N2O4的濃度逐漸下降， NO2的濃度逐漸上升。
N2O4的濃度逐漸下降時，正向反應的速 率會變得較低。
與此同時，NO2的濃度逐漸上升時，逆向反 應的速率會變得較高。
結果，所得溶液主要含有乙酸分子和極小 比例的乙酸根離子和氫離子。
CH3COO離子 H+離子
CH3COOH分子 乙酸溶液
圖5 乙酸的電離作用是可逆反應。
___不__可__逆__反__應____ 只會向着一個方向進行， 而且反應是完全的。
____可__逆__反__應_____ 會向左右任何一個方向 進行，而且反應是不完全的。
(i) H2、I2和HI的濃度隨時間的變化；
(i) 濃度
時間
An来自百度文库 (a) (i)
濃度
濃度
H2或 I2
或
HI
時間
HI H2或 I2
時間
課堂練習 2
。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料：
(ii) 正向反應的速率及逆向反應的速率隨時間的變 化，直至反應混合物達致平衡狀態為止。
(ii) 率反
應 速
圖11 要達致動態平衡，可從反應的相反方向開始進行。在平 衡狀態下， NO2分子和N2O4分子的數目維持不變。
總結動態平衡的特點
要達致動態平衡，反應體系必須是密閉體系， 使物質不可進入或離開體系。
要達致動態平衡，可從可逆反應的正向反應 或逆向反應任何一方開始。
在動態平衡下，正向反應和逆向反應的速率 相等。
圖3 鐵露置於濕潤的空氣中會與氧 和水反應，生成鐵銹。
可逆反應 reversible reaction
這些反應能向左右任何一個方向發生，視 乎反應條件而定。
這些反應可用以下方程式表示：
反應是可逆的
A + B ⇌C + D
反應物 生成物 (正向反應) 生成物 反應物 (逆向反應)
學習錦囊
為方便起見，我們常把可逆反應方程式左方的物質 稱為「反應物」，在右方的物質稱為「生成物」。
色會持續不變。
正向反應
反 N2O4(g) 2NO2(g)
應
速
率
化學平衡
(正向反應和逆向反
逆向反應
應的速率相等)
2NO2(g) N2O4(g)
達致平衡的時間
時間
圖8 N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)的正向反應的速率和逆向反應的 速率隨時間的變化。(反應由N2O4(g)一方開始。)
反應混合物的顏色