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老油條
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更新:2013/12/6
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溫度改變對(duì)化學(xué)平衡的影響
1.有一點(diǎn)必須清楚地認(rèn)知到，雖然氣體壓力(數(shù)量或體積)的改變，會(huì)改變平衡位置，但不會(huì)改變平衡常數(shù)(假設(shè)這是理想氣體)。
2.舉例來說，增加反應(yīng)物會(huì)使得平衡位置往右移動(dòng)，但是平衡常數(shù)完全不受影響。新的平衡濃度仍舊符合原本的的平衡常數(shù)。
3.然而，溫度對(duì)平衡的影響就不同了，因?yàn)槠胶獬?shù)的數(shù)值K會(huì)隨著溫度變化而改變。我們可以用勒沙特列原理預(yù)測(cè)改變的方向。
翻譯編寫StevenS.Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅：
1.為什么“氣體壓力(數(shù)量或體積)的改變，會(huì)改變平衡位置，但不會(huì)改變平衡常數(shù)”？
2.氣體壓力改變，并沒有改變粒子本身的能量（粒子的數(shù)量與動(dòng)能），只是改變粒子彼此之間的距離，并因此改變碰撞頻率。
3.所以，雖然平衡位置改變，但是因?yàn)椋胺磻?yīng)物粒子的總能量”與“產(chǎn)物粒子的總能量”的比例沒有改變，所以，“平衡常數(shù)”是一樣的。
4.化學(xué)反應(yīng)：jA+kB→lC+mD的“平衡常數(shù)K”＝[C]l[D]m/[A]j[B]k。[]代表在平衡狀態(tài)下每種物質(zhì)的濃度。
5.“產(chǎn)物C和D”的濃度說明，每單位體積有多少顆粒子可以碰撞？“系數(shù)l和m”說明在平衡狀態(tài)下，C和D物質(zhì)的數(shù)量比例應(yīng)該是多少？應(yīng)該要有效碰撞多少次來打斷或鍵結(jié)化學(xué)鍵？每種物質(zhì)的數(shù)量比例通常用“莫耳數(shù)”為單位。
6.反應(yīng)物“A、B”和它們的系數(shù)“j、k”，道理也是一樣。
7.所以，[C]l[D]m就是產(chǎn)物粒子的總能量。[A]j[B]k是反應(yīng)物粒子的總能量。
8.以哈柏法為例，合成氨的平衡反應(yīng)方程式是N2(g)+3H2(g)←→2NH3(g)。
9.要合成1莫耳的NH3粒子，每單位體積的“氮?dú)釴2”分子必須跟全部的氣體有效碰撞1次，使自己的分子化學(xué)鍵斷裂，才能得到一顆、一顆獨(dú)立的“N氮原子”。
10.以上的描述用數(shù)學(xué)表達(dá)：[N2]×1。注：[N2]是氮?dú)夥肿拥臐舛龋彩敲繂挝惑w積的“N2氮?dú)狻狈肿訑?shù)。
11.然后，一顆、一顆獨(dú)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，撞斷“氫氣H2分子”的化學(xué)鍵，并取得1顆“H氫原子”鍵結(jié)，才變成“氨NH3分子”。其他的“H2”分子，用“H2”的濃度表示，寫成。
12.以上正反應(yīng)的碰撞過程，用數(shù)學(xué)表達(dá)：
｛〔([N2]×1)×〕×｝×＝[N2]1×3
13.逆反應(yīng)的情況就是，每單位體積的“NH3氨氣分子”，至少要跟其他的氣體粒子有效碰撞2次，目的是要撞開1個(gè)“氮N”原子與1個(gè)“氫H”原子，使“NH3氨”分子瓦解成H2,H,N。方程式可寫成NH3→1/2N2+3/2H2。
14.以上逆反應(yīng)的碰撞過程，用數(shù)學(xué)表達(dá)：
[NH3]×[NH3]=[NH3]2
15.化學(xué)平衡，就是正反應(yīng)與逆反應(yīng)的粒子碰撞，互相競(jìng)爭(zhēng)，最后達(dá)成平手的狀態(tài)，平衡狀態(tài)的指標(biāo)就是“平衡常數(shù)K”。以哈柏法為例，K=[NH3]2/[N2]1×3
16.如果一個(gè)容器里，組成分子的原子顆粒數(shù)固定，代表化學(xué)鍵的能量固定：環(huán)境溫度固定，代表每個(gè)粒子的動(dòng)能固定。
17.壓縮或放大體積，改變粒子的活動(dòng)空間，會(huì)使系統(tǒng)中各類氣體粒子的濃度提升或減少，這會(huì)影響每次碰撞之間的距離、碰撞的頻率，但是沒有影響到粒子本身的能量與移動(dòng)速率。
18.所以，雖然平衡位置移動(dòng)，但是“反應(yīng)物粒子的總能量”與“產(chǎn)物粒子的總能量”的比值“平衡常數(shù)K”，還是維持固定不變。
19.溫度對(duì)平衡的影響就不同了，因?yàn)槠胶獬?shù)的數(shù)值K會(huì)隨著溫度變化而改變。這是因?yàn)闇囟戎械臒崮軙?huì)改變粒子的能量，使得“反應(yīng)物粒子的總能量”與“產(chǎn)物粒子的總能量”都改變了。 |
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