許國(guó)霞（江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽(yáng) 212300）

探究恒溫恒壓下濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)方向的影響

許國(guó)霞（江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽(yáng) 212300）

分析恒溫恒壓下平衡體系中充入?yún)⑴c反應(yīng)的組分，濃度改變對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)，歸納出該條件下勒夏特列原理的適用情況以及化學(xué)計(jì)量數(shù)對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

化學(xué)平衡；恒溫恒壓；化學(xué)計(jì)量數(shù)；勒夏特列原理

1 問(wèn)題提出

變式1：若再通入0.35 mol的氣體是另一反應(yīng)物H2時(shí)，則此平衡將________(填“向正反應(yīng)方向”“不”或“向逆反應(yīng)方向”)移動(dòng)。

解析：體系的體積變成了2.5L，體系內(nèi)各組分的濃度c(CO)、c(H2)、c(CH3OH)變成 0.32mol·L-1、0.22mol·L-1、0.16mol·L-1，則＜K，因此平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

變式2：若再通入0.35 mol的氣體是生成物CH3OH時(shí)，則此平衡將________(填“向正反應(yīng)方向”“不”或“向逆反應(yīng)方向”)移動(dòng)。

解析：體系的體積變成了2.5L，體系內(nèi)各組分的濃度c(CO)、c(H2)、c(CH3OH)變成 0.32mol·L-1、0.08mol·L-1、0.30mol·L-1，則，因此平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

筆者查閱文獻(xiàn)[1～5]發(fā)現(xiàn)運(yùn)用勒夏特列原理判斷化學(xué)平衡移動(dòng)方向討論得最多的是恒溫恒容體系。目前，關(guān)于濃度對(duì)恒溫恒壓體系下平衡移動(dòng)方向影響的研究逐漸增多[6～12]，提出勒夏特列原理并非均能適用，但最終未能解決勒夏特列原理適用的條件以及影響因素。本文試圖從化學(xué)計(jì)量數(shù)的角度通過(guò)化學(xué)平衡常數(shù)定量分析，研究恒溫恒壓體系下不同類型的可逆反應(yīng)，充入某一參與反應(yīng)的組分對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)方向的影響與勒夏特列原理適用情況。

2 問(wèn)題分析與討論

選用密閉的恒壓容器，保持氣體壓強(qiáng)與大氣壓（P大氣）相等。假設(shè)1mol氣體的體積為VL，第一次體系平衡時(shí)容器的體積nL。

2.1.1 平衡體系中加入反應(yīng)物NO2

平衡體系中加入nxL反應(yīng)物NO2，

2.1.2 向平衡體系中加入生成物N2O4

平衡體系中加入nxL生成物N2O4，

即平衡體系中充入N2O4，平衡總是向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，符合勒夏特列原理。

2.2.1 向平衡體系中加入反應(yīng)物N2

平衡體系中加入nxL反應(yīng)物N2，

即N2的化學(xué)計(jì)量數(shù)“1”小于N2、H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)和與NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)之差“2”，平衡移動(dòng)的方向存在3種情況，不一定符合勒夏特列原理?？梢钥闯銎胶庖苿?dòng)的方向決定于該組分的起始平衡濃度c(N2)、所加組分的物質(zhì)的量（x）、氣體摩爾體積（V）。

2.2.2 向平衡體系中加入生成物H2

平衡體系中加入nxL生成物H2，。即H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)“3”大于N2、H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)和與NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)之差“2”，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，符合勒夏特列原理。

2.2.3 向平衡體系中加入生成物NH3

平衡體系中加入nxL生成物NH3，

平衡體系中充入NH3，平衡總是向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，符合勒夏特列原理。

恒溫恒壓下，反應(yīng)物、生成物均不止一種的平衡體系中充入反應(yīng)物的情況類同于合成氨中充入N2、H2的情況，因此不再詳細(xì)討論。

3 結(jié)論與思考

綜上所述，恒溫恒壓的氣相平衡體系中，若反應(yīng)物或生成物質(zhì)有一種，加入該物質(zhì)，平衡移動(dòng)的方向符合勒夏特勒原理；若反應(yīng)物或生成物不止一種時(shí)，加入或移走該反應(yīng)物（生成物）時(shí)，該反應(yīng)物（生成物）的計(jì)量數(shù)大于等于反應(yīng)物（反應(yīng)物）的計(jì)量數(shù)之和與生成物的計(jì)量數(shù)之和的差，平衡移動(dòng)的方向符合勒夏特勒原理；該反應(yīng)物（生成物）的計(jì)量數(shù)小于反應(yīng)物（生成物）的計(jì)量數(shù)之和與生成物（反應(yīng)物）的計(jì)量數(shù)之和的差，平衡移動(dòng)的方向決定于該組分的起始平衡濃度、所加組分的物質(zhì)的量、氣體摩爾體積，不一定符合勒夏特勒原理。

筆者查閱教材發(fā)現(xiàn)：人教版P28頁(yè)指出“勒夏特列原理是經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證過(guò)的一條科學(xué)規(guī)律，在化學(xué)工業(yè)和環(huán)境保技術(shù)中都有十分重要的實(shí)際應(yīng)用”；蘇教版P56頁(yè)指出“化學(xué)平衡移動(dòng)原理有著廣泛的適用性，可用于研究所有的化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡，如后續(xù)的電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等……”魯科版則以化學(xué)平衡常數(shù)為主線，以“歷史回眸”的方式安排在最后才呈現(xiàn)勒夏特列原理，且指出該原理的應(yīng)用是有條件的，是有局限性的。教師要一方面牢牢抓住化學(xué)平衡常數(shù)的定量計(jì)算，另一方面如果是針對(duì)一種條件的改變，勒夏特列原理能簡(jiǎn)便快速地定性判斷平衡移動(dòng)的方向，更具有實(shí)用價(jià)值；如有兩種條件同時(shí)變化，應(yīng)分別推斷，再綜合考慮。人們常說(shuō)“給學(xué)生一杯水，教師要有一桶水”，筆者認(rèn)為作為教師更要給學(xué)生長(zhǎng)流不止的活水，讓學(xué)生辯證學(xué)習(xí)平衡常數(shù)定量和勒夏特列原理定性關(guān)系，感悟探索更高層次內(nèi)容的過(guò)程和方法，激發(fā)更濃厚的興趣和培養(yǎng)科學(xué)精神。

[1]胡永才.如何準(zhǔn)確判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向.化學(xué)教學(xué).2014(11):86-89.

[2]熊紹良.再探化學(xué)平衡移動(dòng)方向問(wèn)題.化學(xué)教育.2014(11):91-94.

[3]林尤宏.正確理解和使用勒夏特列原理.化學(xué)教育.2012(2):78-80.

[4]吳名勝,諸全頭.再議化學(xué)平衡移動(dòng)方向與移動(dòng)結(jié)果的關(guān)系.化學(xué)教育.2008,28(4):72-74.

[5]韓江濤.恒溫恒壓下勒夏特列原理的應(yīng)用.化學(xué)教育.2007,27(3):58-59.

[6]唐永強(qiáng),勒夏特列原理的應(yīng)用范圍.中學(xué)化學(xué).2008,28(10):32-34.

許國(guó)霞（1966.5-），女，漢族，江蘇省丹陽(yáng)人，本科，江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，中小學(xué)正高級(jí)教師江蘇省特級(jí)教師，研究方向：化學(xué)教育。