第六章 化學反應中的神奇魔力 四、化學反應在一些條件下受到的限製
一種化學反應，如果它能夠發生，反應速度也較快，那麼它能為人類創造多大的財富，還與這種反應能夠進行到什麼程度有關。
當我們通過乙烯與水反應製造工業酒精的時候，如果投入1體積的乙烯和1體積的水蒸氣，在400K的溫度和10個大氣壓的條件下，僅有30％左右的乙烯變成乙醇。根據反應式：
CH2CH2＋H2OCH3CH2OH
乙烯 乙醇
1分子乙烯，1分子水應生成1分子乙醇。那麼可否讓乙烯100％地轉化為乙醇呢?工程師們想了許多辦法，產率雖然略有提高，但卻不可能讓乙烯全部轉化為乙醇。也就是說這種反應有一個限度。
在實際的化學反應中，一種化學反應能夠進行到什麼程度，如果反應進行得不夠完全，能否創造一些條件，使它能較大限度地進行，都是我們需要解決的問題。隻有掌握其中的規律，我們才能減少在探索新的化學合成法中的盲目性，並提高反應的產率。下邊我們再討論化學反應的一個新問題。
認識化學反應的可逆性
19世紀，歐洲的工業發展得十分迅速，高爐煉鐵已相當普及。煉鐵的過程是通過焦炭在高溫下生成一氧化碳，而一氧化碳和氧化鐵在高溫下反應將鐵還原出來：
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
那麼最終的產物就應該是鐵和二氧化碳。但對高爐氣的分析發現，從爐頂逸出的氣體中還存有相當量的一氧化碳。有些工程師認為，產生這種現象的原因是反應物作用得不完全，隻要將高爐加高，一氧化碳就會轉變為二氧化碳，但是無論將高爐加得多麼高也都無濟於事，仍有一定比例的一氧化碳存在。法國化學家呂.查德裏經過研究發現，產生這種現象的原因是因為盡管一氧化碳會不斷變成二氧化碳，但同時二氧化碳也在不斷地與高爐中的炭作用再生成一氧化碳，這原來是個可逆反應：
C＋CO22CO
而氧化鐵恰恰是生成一氧化碳這一反應的催化劑。所以高爐氣中存有一定比例的一氧化碳是不可避免的。從這裏，人們開始認識了化學反應的可逆性。
用火把紙點著，紙就會一直燃燒下去，變成二氧化碳、水和紙灰，它們無法重新變成紙。炸藥爆炸以後，也不會再生成炸藥。氯酸鉀分解後，氧氣和氯化鉀在同一條件下無法再變成氯酸鉀。這些反應都是不可逆反應，它們的反應方向隻有一個，並且進行得很完全。但有許多反應並非如此。就拿氫氧化合生成水的反應來說吧，在不同的溫度下反應進行的方向不同。在600℃～1 000℃時，生成水的反應傾向占絕對優勢：
2H2+O22H2O
而在4 000℃～5 000℃時，水分解的傾向占絕對優勢：
2H2O2H2+O2
這時候，兩個反應基本上是不可逆的。但在1 000℃～4 000℃範圍內，可逆性比較顯著。即：
2H2+O22H2O
那就是說，此時如把氫氣、氧氣混在一個密閉容器中，在這個溫度下氫、氧不會全部化合生成水，水也不會全部分解成氫氣和氧氣。這種不斷分解和不斷化合的結果使容器內氫氣、氧氣、水蒸氣共存。我們把這種正逆反應傾向都比較大的反應叫可逆反應。
有機反應中，可逆反應更為普遍。我們開始講到的乙烯加水生成乙醇的反應就是一個可逆反應，由於乙烯與水不斷生成乙醇，乙醇又不斷分解生成乙烯和水，致使乙烯永遠無法100％地變成乙醇。
碳酸的電離：H2CO3H++HCO3-，碳酸鈣的分解：Ca CO3CaO+CO2都是可逆反應。我們把這樣的反應用一個“”符號來表示。
化學反應的這一特征影響了化學反應的產率，人們需要研究它們什麼時候不再繼續生成產物了。這就是化學反應的平衡點。
從合成氨工業看化學反應的平衡
從近代化學的發展可以看到，對化學反應的研究往往來源於生產需要。利用氮氣和氫氣作原料實現合成氨工業化，一直是人們的願望。這項工作前後經曆了100多年的時間。1795年，希爾蘭德就曾試圖在常壓下進行合成，其他人也曾嚐試在50個大氣壓下完成這一反應，但都失敗了。1850～1900年間，物理化學的研究有了很大進展，人們認識到氮氫製氨的反應是一個可逆反應：
N2＋3H22NH3＋熱量
也就是說，你不可能使這個反應向一個方向進行，那麼在一定條件下，合成氨的產率總是一個不大的數值。