平衡化学方程式は、化学変化に関与する反応物と生成物の化学式の情報を提供します。 反応の化学量論は、所望の量の生成物を生成するためにどのくらいの反応物が必要か、または場合によっては、特定の量の反応物からどのくらいの量の生成物が生成されるかを予測するのに役立ちます。
平衡化学方程式で表される反応物と生成物の相対量は、化学量論量と呼ばれることがよくあります。 しかし、実際には、反応物は常に平衡式で示される化学量論量で存在するとは限りません。
化学反応では、最初に消費されて生成物の量を制限する反応物が制限反応物となり、他の物質が過剰反応物となります。 他の反応物の生成物への完全な変換を確実にするために、1 つ以上の反応物を過剰に使用することがよくあります。
次の方程式で表される水の生成反応を考えてみましょう。
化学量論は、2 モルの水素と 1 モルの酸素が反応して 2 モルの水が生成されることを示します。 つまり、水素と酸素は 2:1 の比率で結合します。
5 モルの水素と 2 モルの酸素が存在すると想像してください。 反応物の比率は 5:2 (または 2.5:1) となり、化学量論比の 2:1 より大きくなります。 したがって、水素が過剰反応物で、酸素が制限反応物となります。 供給された酸素 (2 mol) がすべて反応すると、供給された 5 mol の水素のうち 4 mol が消費され、1 mol の水素が未反応のまま残ります。 提供された各反応物のモル量を計算し、それらを平衡化学方程式で表される化学量論量と比較することは、制限反応物と過剰反応物を特定する 1 つの方法です。
反応速度は、単位時間あたりの反応物または生成物の量の変化です。 したがって、反応速度は、反応物または生成物の量に関連する可能性のあるいくつかの特性の時間依存性を測定することによって決定されます。
化学反応の速度は、時間の関数としての反応物と生成物の濃度の変化としてグラフにプロットできます。
可逆化学反応は、順方向 (左から右) と逆方向 (右から左) の両方の方向に進行する化学プロセスを表します。 可逆反応の状態は、その反応商 (Q) を評価することで簡単に評価できます。 可逆反応の場合、
反応商は、平衡方程式の化学量論から直接導出されます。
ここで、下付き文字 c は、式でのモル濃度の使用を示します。
順反応と逆反応の速度が等しい場合、反応物と生成物種の濃度は時間が経っても一定のままであり、系は平衡状態にあります。 反応の可逆性を強調するために、特別な二重矢印が使用されています。
このテキストは OpenStax Chemistry 2e, Section 4.3: Reaction Stoichiometry; Section 4.4: Reaction Yield; Section 12.1: Chemical Reaction Rates; Section 13.1 Chemical Equilibria, Section 13.2 Equilibrium Constants.
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