第一節 濃度的改變對化學平衡的影響
反應條件(濃度)的改變對化學平衡的影響
濃度的改變對化學平衡的影響

利用上面的互動,改變反應物或生成物的濃度,觀察反應體系中物質濃度和平衡常數的變化並完成下表中的題目。

\[a\text{A}\left( \text{g} \right)\ +\ b\text{B}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ c\text{C}\left( \text{g} \right)\ +\ d\text{D}\left( \text{g} \right)\]

情況一:改變反應物濃度

條件改變 與原平衡體系相比,新平衡體系 凈反應方向 平衡常數
\(\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]\) \(\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]\) 生成物濃度
加入 \(\text{A}\left( \text{g} \right)\)
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 向右
  • 保持平衡
  • 向左
  • 增加
  • 不變
  • 減少
移除 \(\text{A}\left( \text{g} \right)\)
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 向右
  • 保持平衡
  • 向左
  • 增加
  • 不變
  • 減少

條件改變 與原平衡體系相比,新平衡體系 凈反應方向 平衡常數
反應物濃度 \(\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]\) \(\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]\)
加入 \(\text{C}\left( \text{g} \right)\)
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 向右
  • 保持平衡
  • 向左
  • 增加
  • 不變
  • 減少
移除 \(\text{C}\left( \text{g} \right)\)
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 增加
  • 不變
  • 減少
  • 向右
  • 保持平衡
  • 向左
  • 增加
  • 不變
  • 減少

結論:濃度對平衡體系的影響

對於已達至平衡的化學反應體系,改變反應物或生成物的濃度會使平衡位置發生移動。值得注意的是:

  • 濃度的變化不影響化學反應的平衡常數。即:在溫度一定時,平衡常數是一定值
  • 濃度的變化對平衡體系的影響不受化學反應的熱效應以及反應式兩方氣態分子數變化的影響。

通過回答下面的題目,總結濃度的變化對平衡位置的影響的一般規律。

情況一:加入反應物

  • 向平衡體系中加入反應物時,平衡位置
    • 向左
    • 向右
    移動。 
  • 隨著反應的進行,反應物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
     
  • 達至新的平衡時,與原平衡體系相比,反應物的濃度
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物的濃度
    • 降低
    • 升高
     

注意:

若化學反應涉及兩種以上的反應物,當體系達至新的平衡時,所加入的反應物的平衡濃度比原平衡體系中該物質的濃度高;而其它反應物的濃度則比原平衡體系中相應物質的濃度低。

  • 從平衡體系中移除反應物時,平衡位置
    • 向左
    • 向右
    移動。 
  • 隨著反應的進行,反應物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
     
  • 達至新的平衡時,與原平衡體系相比,反應物的濃度
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物的濃度
    • 降低
    • 升高
     

注意:

若化學反應涉及兩種以上的反應物,當體系達至新的平衡時,所移除的反應物的平衡濃度比原平衡體系中該物質的濃度低;而其它反應物的濃度則比原平衡體系中相應物質的濃度高。

  • 向平衡體系中加入生成物時,平衡位置
    • 向左
    • 向右
    移動。 
  • 隨著反應的進行,反應物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
     
  • 達至新的平衡時,與原平衡體系相比,反應物的濃度
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物的濃度
    • 降低
    • 升高
     

注意:

若化學反應涉及兩種以上的生成物,當體系達至新的平衡時,所加入的生成物的平衡濃度比原平衡體系中該物質的濃度高;而其它生成物的濃度則比原平衡體系中相應物質的濃度低。

  • 從平衡體系中移除生成物時,平衡位置
    • 向左
    • 向右
    移動。 
  • 隨著反應的進行,反應物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物濃度逐漸
    • 降低
    • 升高
     
  • 達至新的平衡時,與原平衡體系相比,反應物的濃度
    • 降低
    • 升高
    ,而生成物的濃度
    • 降低
    • 升高
     

注意:

若化學反應涉及兩種以上的生成物,當體系達至新的平衡時,所移除的生成物的平衡濃度比原平衡體系中該物質的濃度低;而其它生成物的濃度則比原平衡體系中相應物質的濃度高。

如何解釋濃度的變化對平衡位置的影響?
  • 勒沙德利爾原理:如果平衡體系的條件有所改變,平衡位置便會移動以減弱這種改變。
  • 反應商數的應用
    • 若 \({{Q}_{\text{c}}}\ >\ {{K}_{\text{c}}}\),反應向左移動;
    • 若 \({{Q}_{\text{c}}}\ =\ {{K}_{\text{c}}}\),保持平衡狀態;
    • 若 \({{Q}_{\text{c}}}\ < \ {{K}_{\text{c}}}\),反應向右移動。
勒沙德利爾原理

如何利用「勒沙德利爾原理」解釋濃度的改變對化學平衡的影響?

根據勒沙德利爾原理的描述:平衡體系的條件改變時,平衡位置就會移動以減弱這種改變。所以:

  • 增加反應物濃度時,體系會作出調節,以減少反應物濃度的增加。所以,平衡向右移動,反應物濃度降低,生成物濃度增加;
  • 降低反應物濃度時,體系會作出調節,以減少反應物濃度的降低。所以,平衡向左移動,反應物濃度增加,生成物濃度降低;
  • 增加生成物濃度時,體系會作出調節,以減少生成物濃度的增加。所以,平衡向左移動,反應物濃度增加,生成物濃度降低;
  • 降低生成物濃度時,體系會作出調節,以減少生成物濃度的降低。所以,平衡向右移動,反應物濃度降低,生成物濃度增加。

最終達至新的平衡時,體系的平衡常數保持不變。

反應商數

如何利用「反應商數」解釋濃度的改變對化學平衡的影響?

對於任意可逆反應,

\[a\text{A}\left( \text{g} \right)\ +\ b\text{B}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ c\text{C}\left( \text{g} \right)\ +\ d\text{D}\left( \text{g} \right)\]

反應商數為:

\[{{Q}_{\text{c}}}\ =\ \frac{{{\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]}^{c}}{{\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]}^{d}}}{{{\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]}^{a}}{{\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]}^{b}}}\]

平衡體系中,\({{Q}_{\text{c}}}\ =\ {{K}_{\text{c}}}\)。

  • \(\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]\) 或 \(\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]\) 增加時,\({{Q}_{\text{c}}}\) 降低。所以,\({{Q}_{\text{c}}}\ < \ {{K}_{\text{c}}}\),平衡位置向右移動。
  • \(\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]\) 或 \(\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]\) 減少時,\({{Q}_{\text{c}}}\) 升高。所以,\({{Q}_{\text{c}}}\ > \ {{K}_{\text{c}}}\),平衡位置向左移動。
  • \(\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]\) 或 \(\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]\) 增加時,\({{Q}_{\text{c}}}\) 升高。所以,\({{Q}_{\text{c}}}\ > \ {{K}_{\text{c}}}\),平衡位置向左移動。
  • \(\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]\) 或 \(\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]\) 減少時,\({{Q}_{\text{c}}}\) 降低。所以,\({{Q}_{\text{c}}}\ < \ {{K}_{\text{c}}}\),平衡位置向右移動。
新舊平衡體系的比較

對於任意可逆反應:

\[a\text{A}\left( \text{g} \right)\ +\ b\text{B}\left( \text{g} \right)\ \rightleftharpoons \ c\text{C}\left( \text{g} \right)\ +\ d\text{D}\left( \text{g} \right)\]

當體系達至平衡時,向體系中加入少量的 \(\text{A}\left( \text{g} \right)\)。那麼,與原平衡體系相比,新的平衡體系中各物質的濃度具有哪些特點?

對於上述化學反應,其反應商數可寫作:

\[{{Q}_{\text{c}}}\ =\ \frac{{{\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]}^{c}}{{\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]}^{d}}}{{{\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]}^{a}}{{\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]}^{b}}}\]

向體系中加入 \(\text{A}\left( \text{g} \right)\),\(\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]\) 增加,\({Q}_{\text{c}}\) 降低,平衡向右移動。

  • \(\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]\) 降低;
  • \(\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]\) 和 \(\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]\) 增加。

達至新的平衡時,根據平衡常數的定義:

\[{{K}_{\text{c}}}\ =\ \frac{\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]_{\text{eqm}}^{c}\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]_{\text{eqm}}^{d}}{\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]_{\text{eqm}}^{a}\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]_{\text{eqm}}^{b}}\]

由於新的平衡體系中,\(\left[ \text{B}\left( \text{g} \right) \right]\) 降低,而 \(\left[ \text{C}\left( \text{g} \right) \right]\) 和 \(\left[ \text{D}\left( \text{g} \right) \right]\) 增加,為保持平衡常數不變,\(\left[ \text{A}\left( \text{g} \right) \right]\) 會比原平衡體系中的濃度高。

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