• 可逆反應

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    可逆反應

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    可逆反應反應物轉化為產物和產物轉化為反應物同時發生的反應。

    A 和 B 可以反應形成 C 和 D,或者在逆反應中,C 和 D 可以反應形成 A 和 B。這與熱力學中的可逆過程不同。

    弱酸和弱堿發生可逆反應。 例如,碳酸:

    H2CO3 (l) + H2O(l) ? HCO3?(aq) + H3O+(aq)。

    平衡混合物中反應物和產物的濃度由試劑(A 和 B 或 C 和 D)的分析濃度和平衡常數 K 決定。平衡常數的大小取決于吉布斯自由能變化 反應。 因此,當自由能變化很大(超過約 30 kJ mol-1)時,平衡常數很大(log K > 3)并且平衡時反應物的濃度非常小。 這種反應有時被認為是不可逆反應,盡管少量反應物預計仍會存在于反應體系中。 當其中一種產物離開反應系統時,通常會實現真正不可逆的化學反應,例如,反應中的二氧化碳揮發性)也是如此

    CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑

    歷史

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    可逆反應的概念由 Berthollet 于 1803 年引入,當時他觀察到鹽湖(埃及的一個泡堿湖,位于石灰巖中)邊緣的碳酸鈉晶體的形成:

    2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

    他認出這是熟悉的反應的反面

    Na2CO3 + CaCl2→ 2NaCl + CaCO3

    在那之前,人們認為化學反應總是朝一個方向進行。 Berthollet 推斷,湖中過量的鹽有助于推動逆反應形成碳酸鈉。

    1864 年,Waage 和 Guldberg 制定了質量作用定律,量化了 Berthollet 的觀察結果。 1884 年至 1888 年間,勒夏特列和布勞恩制定了勒夏特列原理,將同一思想擴展到更一般的陳述,說明除濃度以外的因素對平衡位置的影響。

    反應動力學

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    對于可逆反應 A?B,正向步驟 A→B 的速率常數為 k 1 {\displaystyle k_{1}} 而反向步驟 B→A 的速率常數為 k ? 1 {\displaystyle k_{- 1}} 。 A的濃度服從以下微分方程:

    (1)

    如果我們考慮任何時候產物B的濃度等于零時刻反應物濃度減去t時刻反應物濃度 {\displaystyle t}

    變量分離是可能的,使用初始值 [ A ] ( t = 0 ) = [ A ] 0 {\displaystyle [A](t=0)=[A]_{0}}

    經過一些代數運算后,我們得出了最終的動力學表達式

    可逆反應

    因此,可以將公式線性化以確定 k 1 + k ? 1 {\displaystyle k_{1}+k_{-1}} :

    要找到單獨的常量 k 1 {\displaystyle k_{1}} 和 k ? 1 {\displaystyle k_{-1}}

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    1. 可逆反應
    2. 歷史
    3. 反應動力學

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