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Chemistry
Chapter 14: Chemical Equilibrium
14.8:
勒夏特列原理(Le Chatelier's Principle) :体积变化 (压力)
对于气相平衡,反应物和生成物的浓度会随着体积和压力的变化而变化。 理想气体的部分压力 P 与其摩尔浓度, M
因此,任何反应物或生成物的分压的变化基本上是浓度的变化;因此,这些变化产率对平衡的影响是相同的。 除了添加或去除反应物或生成物之外,还可以通过更改系统占用的体积来改变气相平衡中物种的压力 (浓度)。 由于气体相平衡的所有物种都使用相同的体积,体积的给定变化将导致反应物和生成物的浓度发生相同的变化。 为了辨别这种类型的应力将引起何种位移 (如果有) ,必须考虑对反应的化学计量法。
在平衡状态下,反应商会描述反应N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g)
如果由这些物种的平衡混合物占据的体积被降低 3 倍,则所有三种物种的分压将被增加 3 倍:
因此,改变这种气相平衡混合物的体积不会导致平衡的变化。
对不同系统的类似处理为 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 SO3 (g) ,但产率结果不同:
在这种情况下,体积的变化导致反应商小于平衡常数,因此平衡将向右移动。
这些结果说明了气体相平衡的化学测量与容积引起的压力 (浓度) 变化的影响之间的关系。 如果反应物和生成物的总摩尔量相等 (如第一个示例) ,体积的变化不会改变平衡。 如果反应物和生成物的摩尔量不同,体积的变化将使平衡向更好地”适应”体积变化的方向移动。 在第二个示例中,三摩尔的反应物 (SO2 和 O2) 产率两摩尔的生成物 (SO3) ,因此系统体积的降低会导致平衡发生向右移动,因为正向反应产生的气体 (2 摩尔) 比反向反应 (3 摩尔) 少。 相反,增加这一平衡系统的体积将导致向反应物的转变。
本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第13.3节:平衡位移:勒夏特列原理(LeChatelier’s Principle)。
勒沙特列原理可以用来预测一个处于平衡状态 的体系如何对体积或压力变化 引起的应力作出反应。气体的体积与其压力成反比;因此,对于处于平衡状态的系统,体积的减少会增加压力 并扰乱平衡。作为响应,平衡位置 将朝着使应力最小化的方向移动。理想气体定律规定气体的压力 与摩尔数成正比。因此,恢复平衡所需的移动方向 取决于反应两侧气体粒子 的摩尔数。当更多摩尔的气体产生更高的压力时,压力的增加将平衡位置移到 摩尔更少的一侧以降低压力。同样地,压力的降低将平衡位置移到 气体摩尔数更多的一侧。考虑一个化学平衡,其中一摩尔五氯化磷 气体分解成一摩尔 三氯化磷和一摩尔氯气气体—两个 总摩尔的产物。如果活塞被向下推,平衡 体系的体积减小,压力增加。这扰乱了平衡,导致 Q 大于 K。因此,平衡位置 向反应物移动,即气体粒子的摩尔数较少 的一侧,以降低压力 并恢复平衡。相反地,向上拉活塞会增大体积 并降低压力。在这种情况下,Q 变得比 K 小。为了提高压力,平衡位置 向产物移动,即气体 摩尔数最多的一侧,并恢复平衡。在恒定体积下,通过在平衡混合物中 加入惰性气体来增加压力,不会影响平衡,因为气体反应物 和产物的分压保持不变。对于气体反应物和产物 摩尔数相等的平衡体系,如碘气和氯气的反应 生成一氯化碘,体系 体积的变化将不会 对平衡产生影响。
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