4.3.2、压力对化学平衡的影响
对于有气体参与的化学反应来说,同浓度的变化相仿,分压的变化也不改变标准平衡常数的数值,只能使反应商的数值改变。只有 ,平衡才有可能发生移动。由于改变系统压力的方法不同,所以改变压力对平衡移动的影响要视具体情况而定。
1、部分物种的分压的变化
对于定温定容条件下的反应,增大(或减小)一种(或多种)反应物的分压,或者减小(或增大)一种(或多种)产物的分压,能使反应商减小(或增大),导致J< (或J> ),平衡向正(或逆)方向移动。这种情形与上述浓度变化对平衡移动的影响是一致的。
2、体积改变引起压力的变化
对于 =0的反应,在反应前后气体分子数不变的反应,恒温压缩或恒温膨胀时, ,平衡不发生移动。
对于 0的反应,在反应前后气体分子数变化的反应,恒温压缩时,系统的总压力增大,平衡向气体分子数减小的反应方向移动,即向减小压力的方向移动;恒温膨胀时,系统的总压力减小,平衡向气体分子数增多的反应方向移动,即向增大压力的方向移动。
3、惰性气体的影响
惰性气体为不参与化学反应的气态物质,通常为H2O(g)、N2(g)等。
1)若某一反应在惰性气体存在下已达到平衡,仿照上述体积改变引起压力变化的情形,将反应系统定温下压缩,总压增大,各组分的分压也增大。由于惰性气体的分压不出现在J和 的表达式中,只要 0,平衡同样向气体分子数减小的方向移动,即向减小压力的方向移动;恒温膨胀时,系统的总压减小,各组分的分压也减小,平衡向气体分子数增多的反应方向移动,即向增大压力的方向移动。
2)对恒温恒压下一达到的平衡的反应,引入惰性气体,为了保持总压不变,可使系统的体积相应增大。在这种情况下,各组分气体分压相应减小,若 0,平衡向气体分子数增多的方向移动;
3)对恒温恒容下一达到平衡的反应,加入惰性气体,系统的总压力增大,但各反应物和产物的分压不变, ,平衡不发生移动。
综上所述,压力对化学平衡移动的影响,关键在于各反应物和产物的分压是否改变,同时要考虑反应前后气体分子数是否改变。基本判据仍然是J与 的相对大小关系。
4.3.3、温度对化学平衡的影响
浓度和压力对化学平衡的影响是通过改变系统的组成,使J改变,但是 并不改变。温度对化学平衡的影响则不然,温度变化引起标准平衡常数的改变,从而使化学平衡发生移动。温度对标准平衡常数的影响可用Van ' t Ho f f方程来描述:
ln
式中 、 分别为温度为T1和T2时的标准平衡常数, 为可逆反应的标准摩尔焓变。
由上式看出,温度对 的影响与 有关。
对于放热反应, ﹤0,温度升高, 减小, ,平衡逆向移动,即平衡向吸热反应方向移动;若温度降低, 增大, ,平衡正向移动,即平衡向放热反应方向移动。
对于吸热反应, >0,温度升高, 增大, ,平衡正向移动,即平衡向吸热反应方向移动;若温度降低, 减小, ,平衡逆向移动,即平衡向放热反应方向移动;
例:N 2 (g) 3 H 2 (g) = 2NH 3 (g) △H ø = - 92.2 kJ.mol -1 ( 放热)
T 1 =298 K ,Kp 1 =6.2 ×10 5 ;
T 2 =473 K ,Kp 2 =6.2 ×10 -1 ;
T 3 =673 K ,Kp 3 =6.0×10 -4 。
即T↘,平衡向放热反应(正反应)的方向移动,且K p ↗。
总之,在平衡系统中,温度升高,平衡总是向吸热方向移动;反之,降低温度,平衡总是向放热方向移动。
小结:
1)浓度对化学平衡的影响:
提高物反应物浓度,平衡向正反应方向移,但K不变。
2)压力对化学平衡的影响:
提高总压力,平衡向气体分子总数减小的反应方向移动,但K不变。
3)温度对化学平衡的影响:
温度升高,平衡向吸热反应方向移动,且K改变。
4 )使用(正)催化剂能同等程度的提高正、逆反应的速率,缩短达到平衡所需时间,但不能使平衡移动,也不会改变平衡常数值。
Le ChateLier原理
改变平衡体系的条件之一,如温度、压力或浓度,平衡就向减弱这个改变的方向移动---勒夏特里原理。勒夏特里原理不仅使用于化学平衡系统,也使用于相平衡系统。勒夏特里原理只使用于已处于平衡状态的系统,而不使用于未达到平衡状态的系统。如果某系统处于非平衡态且J< ,反应向正方向进行。若适当减少反应物的浓度或分压,同时仍然维持J< ,反应方向是不会因这种减少而改变的。