臺灣化學教育

溫度對反應熱與活化能的影響

龔自敬

高雄市立高雄高級中學
教育部高中化學學科中心
phechegtj@mail.kshs.kh.edu.tw

n  疑難問題

「溫度對反應熱有影響，卻對活化能沒影響，但是反應熱又可從正反應活化能減去逆反應活化能而得」，這些描述矛盾嗎？如何解釋呢？

n  反應熱變化

高中化學在教到活化能的概念時，會順便帶到反應熱的計算，如式[1]所示：

ΔH = E_a(+) − E_a(−)  [1]

註：E_a(+)指正反應的活化能，E_a(−)指逆反應的活化能。

其實，式[1]僅適用於定溫下或溫差範圍不大，即一般的實驗室條件。理論上，H的實際意義是熱含量，即物質的總能，反應熱變化的計算可由式[2]～[5]表示：

註：式[4]和[5]的E_動(+)指正反應的總動能差，E_動(−)指逆反應的總動能差。

n  溫度對反應熱的影響

也就是說：ΔH = E_a(+) − E_a(−) 並非精準之算式。若溫度改變，則總動能也隨之改變。由式[5]得知，ΔH應該包括總動能的變化。在定溫下或溫差範圍不大時，E_動(+)和E_動(−)大約相等或變動不大的情形下，ΔH = E_a(+) − E_a(−)才適用。

其實溫度會影響平衡常數(Ｋ)，亦會影響動能分佈曲線。高溫下具有高動能之分子數比率會改變，反應物和生成物之分子數比率也會改變，故E_動(+)和E_動(−)也會變動！

n  溫度對活化「位能」的影響

至於常見的活化「位能」圖，它的能階常被畫成「一條線」。但若修正為活化「總能」圖，它的能階就不會是剛好「一條線」！就像電子的躍遷能階，其細微結構應該包括轉動能階、振動能階等更小的能階，亦即其能階圖應隨動能而「震盪」。

反應物和生成物都應該是「一小條帶狀」「震盪」能階，鍵能差(位能)的部分不會隨溫度改變，但是動能部分則會！

n  結語

活化能（一般指的是活化「位能」）不隨溫度變化而變化；但反應熱會隨溫度變化而變化。