1.4.6 化学反应的条件 - Conditions for Chemical Reactions

想让物质发生化学反应，有时需要提供一定的条件。比如，加热（Heating），加压（Pressure），光照（Light），电解（Electrolysis），催化剂（Catalyst）等。这些条件可以使非自发的反应变得自发，也可以加快自发反应的速度。

加热可以加快所有反应的速度，提供能量（包括加热，电解）可以使得非自发的吸热反应自发发生。加压可以使反应物有气体的反应的速度加快。

吸热反应往往是非自发反应，提供能量（比如加热，电解）可以使吸热反应自发发生。以碳酸钙分解为例：

CaCO₃ ^加热→CaO+CO₂↑

这个反应的反应物的能量比产物的能量高，所以本反应需要吸收178kJ的能量。在1大气压下，加热到900℃以上时，这个反应可以自发发生。

为了强调反应需要吸热或放热，可以在反应式后标出反应的焓变△H。吸热反应的焓变为正，放热反应的焓变为负。

CaCO₃ ^加热→CaO+CO₂↑ △H=+178kJ

后续《化学热力学》一章将通过环境温度和反应焓变熵变 定量计算 反应是否可以自发发生。

氯碱法制取氢氧化钠（NaOH）是一个重要的化学工业过程。这个过程是电解食盐水溶液（NaCl）得到氯气（Cl₂）、氢气（H₂）和氢氧化钠（NaOH）。这个反应也是吸热反应，需要电解才能发生。

2Cl_-(aq)+2H₂O(l) ^电解→Cl₂(g)+H₂(g)+2OH_-(aq)

放热反应往往是自发反应，加热可以加快反应的速度。但如果温度过高，可能会导致此反应变为非自发反应。比如哈伯法制取氨气（NH₃）：

N₂(g)+3H₂(g) ^{高压,400℃,Fe}→2NH₃(g) △H=-92kJ

加热和加压可以使得本反应速度加快，但本反应为放热反应，所以温度不宜过高。

光照（通常用hν表示）可以使得一些自由基机理的反应发生。比如甲烷（CH₄）和氯气（Cl₂）的反应：

CH₄(过量)+Cl₂ ^hν→CH₃Cl+HCl

催化剂是一种物质，可以加速反应速度。催化剂可以使得反应的活化能降低，从而使得反应速度加快。比如二氧化锰催化过氧化氢分解：

2H₂O₂(aq) ^MnO₂(s)→2H₂O(l)+O₂(g)

在反应过程中，催化剂会与反应物发生反应，形成中间体（intermediates），但在反应结束后又被生成出来。所以催化剂在反应中不会被消耗。通常来说，只需非常少量的催化剂就可以催化反应。

几乎所有的生物反应都需要酶（Enzyme）作为催化剂。

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对本节内容有贡献的科学家包括：

哈伯：发明了哈伯法制取氨气的工业过程（1918年诺贝尔化学奖）