化學平衡 / 子課題
動態平衡
Dynamic Equilibrium
可逆與不可逆反應、動態平衡的宏觀與微觀特徵及常見例子
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 可逆反應與動態平衡
考評提示：宏觀恆定但微觀正逆反應持續進行
- 可逆反應：於相同條件下正向及逆向均可進行；用「⇌」符號表示；例：N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃。
- 不可逆反應：基本上單向進行，逆向可忽略；例：燃燒、酸鹼中和、沉澱反應；用「→」符號表示。
- 動態平衡的宏觀特徵：反應物及生成物的濃度（或分壓）保持不變；可觀察的性質（如顏色、壓強）穩定。
- 動態平衡的微觀特徵：正逆反應仍持續進行，但正向反應速率 = 逆向反應速率，淨變化為零。
- 必須在封閉系統中進行：無物質加入或離開；若為開放系統，生成物逸出則反應趨向完全進行。
2. 常見的可逆反應例子
考評提示：氨合成、氯水平衡、酯化反應均為常考例
- 氨合成（哈柏法）：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ΔH 為負（放熱）；工業條件：450°C、200 atm、鐵催化劑。
- 氯水平衡：Cl₂(aq) + H₂O(l) ⇌ HOCl(aq) + H⁺(aq) + Cl⁻(aq)；HOCl 具漂白與消毒作用。
- 酯化反應：CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O；以濃 H₂SO₄ 為催化劑（及脫水劑）；為典型有限反應。
常見題型 · scoring points
舉例說明可逆反應及不可逆反應
- 可逆反應：正逆兩方向均可進行，以「⇌」表示；例：N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃、Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + H⁺ + Cl⁻。
- 不可逆反應：基本單向進行、逆反應可忽略，以「→」表示；例：CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O（燃燒）、HCl + NaOH → NaCl + H₂O（中和）。
- 區別：可逆反應能達到動態平衡；不可逆反應通常會「完全進行」直至一種反應物耗盡。
- 注意：嚴格來說大多數反應都是可逆的，但若逆反應極慢或產物快速移除（如沉澱），則當作不可逆處理。
描述達至動態平衡下的化學體系的特徵
- 宏觀特徵：反應物及生成物濃度（或分壓）保持不變；觀察性質（顏色、壓強、溫度）穩定。
- 微觀特徵：正逆反應仍在進行，但正向反應速率 = 逆向反應速率，淨變化率為零。
- 系統要求：必須為封閉系統，否則若產物逸出則無法建立平衡。
- 恆定條件：溫度、壓強及總體濃度必須保持恆定；任一條件改變將使平衡位置移動。
解釋為何動態平衡必須發生於封閉系統
- 封閉系統：物質不能進出，只有能量可交換；能保證反應物及生成物含量只由反應本身決定。
- 若為開放系統（如開口燒杯）：氣體生成物可逸出，使生成物濃度無法累積，逆反應難以發生。
- 例：CaCO₃ ⇌ CaO + CO₂ 於開放系統中 CO₂ 逸走，反應持續向右進行至分解完成；於封閉系統中才能達平衡。
- 實驗上可透過封蓋錐形瓶、塞塞子或連接倒壓系統確保封閉。
以反應速率-時間圖解釋動態平衡的建立過程
- 反應開始時：反應物濃度最高，正向反應速率最快；生成物濃度為零，逆向反應速率為零。
- 反應進行中：反應物濃度下降，正向速率遞減；生成物積累，逆向速率遞增。
- 達到平衡時：正向速率 = 逆向速率，淨反應速率為零，濃度不再變化。
- 圖示：兩條曲線（正、逆反應速率）分別由兩個極端逐漸靠近，最後於交點後保持水平且相等。
以 N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 為例說明可逆反應的特徵
- 此反應在 450°C、200 atm 及鐵催化劑下於哈柏法中進行；ΔH 為負（放熱）。
- 於封閉反應器中 N₂、H₂ 部分轉化為 NH₃，同時 NH₃ 亦部分分解回 N₂ + H₂。
- 達平衡時：三種氣體分壓均保持不變；正逆反應速率相等。
- 平衡混合物中 NH₃ 比例約 15%（受限於平衡位置），工業上透過冷凝移除 NH₃ 推動反應向右進行。
描述氯水平衡中的反應並解釋光照對其影響
- 氯水平衡：Cl₂(aq) + H₂O(l) ⇌ HOCl(aq) + H⁺(aq) + Cl⁻(aq)；HOCl 為弱酸及漂白劑。
- 觀察：新鮮氯水呈黃綠色並有刺激性氣味；pH 呈酸性。
- 光照影響：光線促使 2HOCl → 2HCl + O₂，HOCl 濃度下降。
- 依勒沙得利爾原理，平衡右移以補充 HOCl，直至 Cl₂ 耗盡；所以氯水久置於光下會褪色失效。
描述酯化反應並說明為何此反應為典型可逆反應
- 酯化：CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O；濃 H₂SO₄ 為催化劑兼脫水劑。
- 典型可逆：即使反應持續較長時間，酯、水、酸、醇四者共存，反應不能完全進行。
- 產物水與乙酸乙酯會發生逆反應（酯水解）生成回原來的酸和醇。
- 推移平衡：使用過量反應物（如過量乙醇）或移除產物（濃 H₂SO₄ 吸水或蒸餾出酯）可使平衡右移。
比較靜態平衡與動態平衡
- 靜態平衡：系統宏觀穩定，微觀上亦無反應進行；如天平兩端平衡或已完全反應終止的系統。
- 動態平衡：系統宏觀穩定（濃度不變），但微觀上正、逆反應同時持續進行，速率相等。
- 關鍵差異：動態平衡中粒子仍在不斷轉化；可用同位素標記（如 ¹⁴C）證明——於平衡時加入標記物，發現標記會分佈於反應物及生成物兩側。
- 應用：工業製程中透過改變條件（濃度、溫度、壓強）操縱動態平衡位置以提高產量。
化學平衡 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
