可逆反応：生成物が再び反応物に戻れる
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| reversible reaction/rɪˈvɜːsɪbl rɪˈækʃn/ | 可逆反応 |
| reversible arrow/rɪˈvɜːsɪbl ˈærəʊ/ | 可逆矢印 |
この観察を説明する要因は何か？
- 塩化アンモニウムを加熱すると、アンモニアと塩化水素が生じることがある。ガスを冷却して混ぜると、元の塩化アンモニウムが再形成される：どちらの方向も化学反応である。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 可逆反応とは、生成物が反応して元の反応物を再形成できる反応である。A + B ⇌ C + D と二つの向かい合う半矢印で表す。条件によって一方の方向が有利になることがある。指定された例は塩化アンモニウム ⇌ アンモニア + 塩化水素である：加熱は分解を促進し、ガスを冷却して混ぜると塩化アンモニウムが再形成される。それぞれの方向は、出発物質とは異なる化学的性質を持つ物質を生成する。
- 可逆反応：生成物が反応して元の反応物を再形成できる反応。可逆矢印：反応が両方向に進むことを示す向かい合う半矢印。
指定された化学反応が可逆である理由は何か？
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この反応は可逆である。なぜなら、生成物であるアンモニアと塩化水素が冷却時に互いに反応して塩化アンモニウムを再形成するからである。同等の質量が関与するわけではなく、融解は物理変化である。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- この記号は、すべての物質が等しい量で存在しなければならない、あるいは反応が常に片方から他方へ完全に切り替わることを意味しない。可逆反応は、適切な一定条件下で物質が閉じ込められた場合に平衡に達することがあるが、可逆性だけで開放系装置が平衡に達したことの証拠にはならない。融解/凝固は可逆的な物理変化であり、それ自体が化学的な生成物から反応物への関係を示すものではない。
- 供与された観察結果または承認されたリスク評価に基づく教員のデモを使用する。アンモニアと塩化水素のガスは刺激性があるため、学生が独立して発生させたり嗅いだりしてはならない。ガスが発生した場所と白色固体が再び現れた場所を記録し、観察と化学的説明を区別し、条件ラベルを保持する。密閉加熱容器を即兴で制作するな。指定された条件のみに対応する状態記号付きのバランス取れた方程式を書け。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：NH₄Cl(s) ⇌ NH₃(g) + HCl(g) は、両辺でそれぞれ窒素原子1個、水素原子4個、塩素原子1個を保存する。1個の塩化アンモニウムの化学式単位は、1個のアンモニア分子と1個の塩化水素分子を与える。6個の分解化学式単位は、それぞれのガス6個、この粒子モデル内で合計12個のガス分子を与える。冷却により、これらのペアが6個の化学式単位を再形成する。
NH₄Cl ⇌ NH₃ + HCl において、10個の化学式単位が分解する。生成されたガス分子の総数を求めよ。以下の同一の順序を用いる：既知の数値 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
NH₄Cl ⇌ NH₃ + HClにおいて、表現された化学式単位が10個分解した。生成した気体分子の総数を求めよ。
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結果は 20 個の分子である。既知：NH4Cl -> NH3 + HCl より、各化学式単位は 2 個の気体分子を与える。分解した10個の単位について：10 × 2 = 20 個の気体分子 — 10個の NH3 と10個の HCl。
結論とその限界を確認する
- ガスが分子数が一致しているからといって、必ずしも同じ質量である必要はない。可逆矢印は、每一刻で等しい速度を保証するものではない。冷却時に形成される白色固体は、識別されたガスとともに解釈されなければならない。色だけでは反応を確定できない。書かれた解釈は、安全な監督下での観察に代われない。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
可逆矢印は、正反応と逆反応の速度が常に等しいことを示す。この主張は誤りである: 可逆矢印は反応が双方向に進むことができることを意味し、両方向の速度が常に等しいわけではない。等しい速度は、適切な条件下でのみ動態平衡で成立する。
可逆反応：生成物は反応物に戻ることができる。記号は、すべての物質が等量で存在しなければならない、あるいは反応が常に片側から他方へ完全に切り替わり続けることを意味しない。可逆反応は、適切な固定条件下で物質が閉じ込められた場合に平衡に達することがあるが、可逆性があることだけが、開放系が平衡に達した証拠となるわけではない。融解・凝固は可逆的な物理変化であり、それ自体が化学的な生成物から反応物への関係を示すものではない。
可逆矢印は、 forward と reverse の速度がいつでも等しいことを証明している。
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可逆矢印は、反応が両方向に「可能」であることを意味するだけで、両方向が等しい速度で行われることを意味するわけではない。等しい速度は適切な条件下でのみ动态平衡（動態平衡）において生じる。
生成物が反応して元の反応物に戻れる反応：専門用語を答えよ。
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reversible reaction（可逆反応）とは、生成物が反応して元の反応物に戻れる反応のことである。