第二節 可逆反應
可逆過程 I:冰水混合物

將裝有冰水混合物的密封箱,置於 \(0{{\ }^{\text{o}}}\text{C}\) 下,冰和水是否會發生甚麼變化呢?分別從宏觀和微觀的角度,觀察右側的動畫,並回答下面的問題。

  1. 直接觀察冰和水是否發生變化?
  2. 利用放大鏡觀察冰水混合物,是否發生變化?
  3. 可以看出:\(0{{\ }^{\text{o}}}\text{C}\) 下,
    • 只有冰融化成水
    • 只有水凝結成冰
    • 冰水是可以相互轉化的

\(0{{\ }^{\text{o}}}\text{C}\) 下,密封箱中的冰水混合物
可逆過程 II:氫和碘的反應

在密閉容器中,氫和碘可以合成碘化氫。仔細觀察右側的動畫,比較密閉體系和敞開體系之間的區別並回答下列問題。

題目一

密閉反應體系中,包含以下哪些物種?

\({{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\)

\({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\)

\(\text{HI}\left( \text{g} \right)\)

密閉反應體系中,包括以下哪項/哪些反應過程?

氫和碘反應,生成碘化氫

碘化氫分解,生成氫和碘

比較密閉體系內氫和碘的反應以及鈉和水的反應,以下哪些描述是正確的?

鈉完全消耗,而氫和碘不能

氫氧化鈉不會轉化為鈉和水,而碘化氫可以轉化為氫和碘

氫和碘不能完全消耗是因為反應時間不足

氫和碘的反應
可逆反應
定義

有些反應,在一定的條件下可以相互轉化。在反應體系中,既存在反應物轉化為生成物的過程,亦存在生成物轉化為反應物的過程。這樣的反應稱為可逆反應

符號

書寫可逆反應的化學反應式,就是用「\(\rightleftharpoons\)」代替原本的「\(\to \)」, 即:

\[\text{反應物}\ \rightleftharpoons \ \text{生成物}\]

其中:

  • 由左至右的半箭頭「\(\rightharpoonup\)」,表示反應物轉化為生成物;
  • 由右至左的半箭頭「\(\leftharpoondown\)」,表示生成物轉化為反應物。

例如,氫和碘合成碘化氫的反應可用下面的反應式來描述:

\[{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{2HI}\left( \text{g} \right)\]

請同學們點擊右側的相應部分,了解可逆反應的特點以及與之相關的概念和判定方法。

正向反應和逆向反應

可逆反應,既可以由左至右進行,也可以由右至左進行。爲了方便描述,將其分別定義為正向反應和逆向反應。其中:

  • 正向反應:由左至右的反應
  • 逆向反應:由右至左的反應

可以看出:正向反應的反應物就是逆向反應的生成物;而逆向反應的反應物就是正向反應的生成物。 即:反應物和生成物的角色發生了對調

例如,氫和碘反應合成碘化氫的可逆反應:

\[{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{2HI}\left( \text{g} \right)\]
  • 對於正向反應,\({{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\) 和 \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\) 是反應物,\(\text{HI}\left( \text{g} \right)\) 是生成物;
  • 對於逆向反應,\(\text{HI}\left( \text{g} \right)\) 是反應物,\({{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\) 和 \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\) 是生成物。

判斷化學反應是否屬於可逆反應,必須滿足兩個條件

  1. 在同一反應條件下;
  2. 正向反應和逆向反應同時進行。

例如,氫在氧中燃燒可以生成水,而電解水可以生成氫和氧。但是由於反應條件不同,兩者不是互為可逆的反應。

  • 氫在氧中燃燒: \[\text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \to \ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]
  • 電解水: \[\text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\]
  • 酯化反應(例如:乙酸和乙醇):

    \(\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{l} \right)\ \text{+}\ {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{5}}}\text{OH}\left( \text{l} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COO}{{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{5}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)

  • 弱酸的離解(例如:醋酸離解):

    \(\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\)

  • 弱鹼的離解(例如:氨水離解):

    \(\text{N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}}^{\text{+}}\left( \text{aq} \right)\ + \text{O}{{\text{H}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)

  • 其它(例如:二氧化硫合成三氧化硫和合成氨):

    \(\text{2S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{2S}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)\)

    \({{\text{N}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{2N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)\)

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