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老油条
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更新:2013/12/6

1 #
倒序看帖 dgqjj 发表于 2013年12月6日 12:41:15 周五 [只看该作者]

温度改变对化学平衡的影响

1.有一点必须清楚地认知到,虽然气体压力(数量或体积)的改变,会改变平衡位置,但不会改变平衡常数(假设这是理想气体)。
2.举例来说,增加反应物会使得平衡位置往右移动,但是平衡常数完全不受影响。新的平衡浓度仍旧符合原本的的平衡常数。
3.然而,温度对平衡的影响就不同了,因为平衡常数的数值K会随著温度变化而改变。我们可以用勒沙特列原理预测改变的方向。

翻译编写StevenS.Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅:
1.为什么“气体压力(数量或体积)的改变,会改变平衡位置,但不会改变平衡常数”?
2.气体压力改变,并没有改变粒子本身的能量(粒子的数量与动能),只是改变粒子彼此之间的距离,并因此改变碰撞频率。
3.所以,虽然平衡位置改变,但是因为,“反应物粒子的总能量”与“产物粒子的总能量”的比例没有改变,所以,“平衡常数”是一样的。
4.化学反应:jA+kB→lC+mD的“平衡常数K”=[C]l[D]m/[A]j[B]k。[]代表在平衡状态下每种物质的浓度。
5.“产物C和D”的浓度说明,每单位体积有多少颗粒子可以碰撞?“系数l和m”说明在平衡状态下,C和D物质的数量比例应该是多少?应该要有效碰撞多少次来打断或键结化学键?每种物质的数量比例通常用“莫耳数”为单位。
6.反应物“A、B”和它们的系数“j、k”,道理也是一样。
7.所以,[C]l[D]m就是产物粒子的总能量。[A]j[B]k是反应物粒子的总能量。
8.以哈柏法为例,合成氨的平衡反应方程式是N2(g)+3H2(g)←→2NH3(g)。
9.要合成1莫耳的NH3粒子,每单位体积的“氮气N2”分子必须跟全部的气体有效碰撞1次,使自己的分子化学键断裂,才能得到一颗、一颗独立的“N氮原子”。
10.以上的描述用数学表达:[N2]×1。注:[N2]是氮气分子的浓度,也是每单位体积的“N2氮气”分子数。
11.然后,一颗、一颗独立的“N氮”原子,再跟其他的“H2”分子有效碰撞3次,每次有效碰撞,撞断“氢气H2分子”的化学键,并取得1颗“H氢原子”键结,才变成“氨NH3分子”。其他的“H2”分子,用“H2”的浓度表示,写成


12.以上正反应的碰撞过程,用数学表达:
{〔([N2]×1)×

〕×

}×

=[N2]1×

3
13.逆反应的情况就是,每单位体积的“NH3氨气分子”,至少要跟其他的气体粒子有效碰撞2次,目的是要撞开1个“氮N”原子与1个“氢H”原子,使“NH3氨”分子瓦解成H2,H,N。方程式可写成NH3→1/2N2+3/2H2。
14.以上逆反应的碰撞过程,用数学表达:
[NH3]×[NH3]=[NH3]2
15.化学平衡,就是正反应与逆反应的粒子碰撞,互相竞争,最后达成平手的状态,平衡状态的指标就是“平衡常数K”。以哈柏法为例,K=[NH3]2/[N2]1×

3
16.如果一个容器里,组成分子的原子颗粒数固定,代表化学键的能量固定:环境温度固定,代表每个粒子的动能固定。
17.压缩或放大体积,改变粒子的活动空间,会使系统中各类气体粒子的浓度提升或减少,这会影响每次碰撞之间的距离、碰撞的频率,但是没有影响到粒子本身的能量与移动速率。
18.所以,虽然平衡位置移动,但是“反应物粒子的总能量”与“产物粒子的总能量”的比值“平衡常数K”,还是维持固定不变。
19.温度对平衡的影响就不同了,因为平衡常数的数值K会随著温度变化而改变。这是因为温度中的热能会改变粒子的能量,使得“反应物粒子的总能量”与“产物粒子的总能量”都改变了。

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