摘?要:教學(xué)中我發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生關(guān)于化學(xué)平衡的移動(dòng)有幾個(gè)認(rèn)識(shí)的誤區(qū),造成學(xué)生理解錯(cuò)誤,難以糾正,為此有必要認(rèn)真梳理,做出澄清。
關(guān)鍵詞:化學(xué)平衡移動(dòng);勒夏特列原理;化學(xué)平衡常數(shù)
化學(xué)平衡移動(dòng)指在封閉體系中,某可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)以后,如果改變影響平衡的條件(如濃度、溫度、壓強(qiáng)),在新的條件下建立新平衡的過(guò)程?;瘜W(xué)平衡移動(dòng)的方向通常用勒夏特列原理來(lái)判定,它是一個(gè)定性預(yù)測(cè)化學(xué)平衡點(diǎn)的原理。人教版高中化學(xué)選修四P38是這樣描述的“法國(guó)化學(xué)家勒夏特列曾就此總結(jié)出一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律:如果改變影響平衡的條件之一(如溫度,壓強(qiáng),濃度),平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng),這就是著名的勒夏特列原理。”我們可以這樣理解比如一個(gè)可逆反應(yīng)中,當(dāng)增加反應(yīng)物的濃度時(shí),平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng),平衡的移動(dòng)會(huì)使得增加的反應(yīng)物濃度又會(huì)逐步減少;但這種減弱不可能消除增加反應(yīng)物濃度對(duì)這種反應(yīng)物本身的影響,與舊的平衡體系中這種反應(yīng)物的濃度相比而言,還是增加了。在有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)中,當(dāng)增加壓強(qiáng)時(shí),平衡總是向體積縮小的方向移動(dòng),比如在N2+3H22NH3這個(gè)可逆反應(yīng)中,達(dá)到一個(gè)平衡后,對(duì)這個(gè)體系進(jìn)行加壓,比如壓強(qiáng)增加為原來(lái)的兩倍,這時(shí)舊的平衡要被打破,平衡向體積縮小的方向移動(dòng),即在本反應(yīng)中向正反應(yīng)方向移動(dòng),建立新的平衡時(shí),增加的壓強(qiáng)即被減弱,不再是原平衡的兩倍,但這種增加的壓強(qiáng)不可能完全被消除,也不是與原平衡相同,而是處于這兩者之間。但是運(yùn)用此原理時(shí)存在幾個(gè)誤區(qū)。
一、
其他條件不變時(shí)增大反應(yīng)物濃度平衡一定正向移動(dòng)
例題1?判斷正誤。
恒溫恒壓下,在一容積可變的容器中,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),N2、H2、NH3各1 mol,若此時(shí)再充入3 mol
N2,則平衡正向移動(dòng)。
如果根據(jù)勒夏特列原理很容易判斷這種說(shuō)法是正確的,但平衡移動(dòng)方向還可以借助平衡常數(shù)。設(shè)平衡時(shí)容器體積為1 L,該溫度下平衡常數(shù)K=121×13=1,再向容器中再充入3 mol N2,利用體積之比等于氣體物質(zhì)的量之比計(jì)算出容器體積為2 L。再計(jì)算此時(shí)濃度商Qc=12242×123=1-K,說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。平衡不移動(dòng),故這種說(shuō)法錯(cuò)誤。當(dāng)然用分壓平衡常數(shù)算也可以,原平衡狀態(tài)時(shí),N2、H2、NH3各1 mol,三者的分壓為1/3p,此時(shí)用分壓表示的平衡常數(shù)為:Kp=(1/3p)2/[(1/3p)×(1/3p)3]=9/p2,再充入3 mol N2,N2、H2、NH3各4 mol、1 mol、1
mol,三者的分壓為2/3p、1/3p、1/6p,三者的分壓為1/3p,用分壓表示Qp=(1/6p)2/[(2/3p)×(1/6p)3]=9/p2=Kp平衡仍然不移動(dòng)。為什么兩種方法分析結(jié)果不同呢?這是因?yàn)槔障奶亓性碛脕?lái)解釋單一變量對(duì)化學(xué)平衡影響的,而此題涉及的是多變量,恒壓加N2,反應(yīng)物濃度一個(gè)增加,一個(gè)減小,生成物濃度減小。所以此題應(yīng)用平衡常數(shù)來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向。所以其他條件不變時(shí)增大反應(yīng)物濃度化學(xué)平衡正向移動(dòng),主要是指恒溫恒容的條件下,增大反應(yīng)物濃度,而其他反應(yīng)物或生成物濃度不變,化學(xué)平衡正向移動(dòng)。如果多種物質(zhì)濃度改變就要通過(guò)平衡常數(shù)來(lái)判斷移動(dòng)方向。
二、
其他條件不變時(shí),增大反應(yīng)物濃度,平衡移動(dòng)后,新平衡反應(yīng)物的濃度就一定大于原平衡的反應(yīng)物的濃度
在恒溫恒容時(shí)增大反應(yīng)物的濃度,正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率不變,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率平衡正向移動(dòng),新平衡中反應(yīng)物和生成物的濃度,正逆反應(yīng)速率都要比原平衡大。如果是恒溫恒容情況又如何呢?
例題2?在一恒溫恒壓的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng):
A(g)+B(g)2C(g)ΔH<0,t1時(shí)刻達(dá)到平衡后,在t2時(shí)刻改變某一條件,其反應(yīng)過(guò)程如圖所示。
請(qǐng)問(wèn)t2時(shí)刻改變的條件是什么?
根據(jù)t2時(shí)刻逆反應(yīng)速率增大而后又減小,可知平衡逆向移動(dòng),而新平衡和原平衡的正逆反應(yīng)速率相同,可知新舊平衡是等效平衡。所以t2時(shí)改變的條件是增大生成物濃度,導(dǎo)致體積擴(kuò)大,反應(yīng)物的濃度減小,正反應(yīng)速率減小所致。
由上述分析可知恒溫恒壓時(shí)增大反應(yīng)物濃度,新平衡的濃度,正逆反應(yīng)速率都不一定比原平衡大;不能簡(jiǎn)單套用勒夏特列原理認(rèn)為平衡正向移動(dòng),新平衡的濃度速率均比原平衡大。這是由于恒溫恒壓下,增大反應(yīng)物濃度,生成物的濃度減小,有兩個(gè)變量,故勒夏特列原理不適用。
三、
其他條件不變時(shí),對(duì)有氣體參加的反應(yīng)增大壓強(qiáng)平衡移動(dòng)后,新平衡的壓強(qiáng)一定比原平衡的壓強(qiáng)大
按照勒夏特列原理,如果有氣體參加的反應(yīng),增大壓強(qiáng)我們一般通過(guò)縮小體積來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)其他條件不變時(shí),反應(yīng)物和生成物的氣體濃度會(huì)變大,故正逆反應(yīng)速率會(huì)增大,平衡朝氣體體積縮小的方向移動(dòng);平衡的移動(dòng)只能減弱這種影響,而不能消除這種影響。新平衡的濃度,正逆反應(yīng)速率都會(huì)比原平衡大。但是有的反應(yīng)并非如此。
例題3?當(dāng)可逆反應(yīng)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),在一恒溫恒容條件下達(dá)到平衡后,再充入一定量的CO2重新達(dá)到平衡后,體系的壓強(qiáng)????。(填變大、不變、變?。?/p>
由于此題中溫度未變,故Kp不變,Kp=p(CO2)所以體系的壓強(qiáng)不變。在新舊平衡中CO2的濃度、正逆反應(yīng)速率不變。當(dāng)方程式中只有一種是氣體時(shí),無(wú)論是反應(yīng)物或者生成物,如果在恒溫恒容的條件下,當(dāng)增加氣體的物質(zhì)的量可以用勒夏特列原理來(lái)判定平衡移動(dòng)方向,但是平衡移動(dòng)的結(jié)果,要結(jié)合平衡常數(shù)來(lái)分析;如果是在恒溫恒壓的條件下增加氣體的物質(zhì)的量,氣體體積擴(kuò)大,濃度不變,平衡不移動(dòng)。這是一種很特殊的情況。
綜上所述,用勒夏特列原理分析平衡的移動(dòng)方向是沒(méi)有問(wèn)題的,但是平衡移動(dòng)的結(jié)果要結(jié)合平衡常數(shù)來(lái)分析。具體問(wèn)題具體分析,不能一概而論。
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作者簡(jiǎn)介:
徐建初,重慶市,重慶市二十九中。