影响化学平衡移动的因素

3.5.3　影响化学平衡移动的因素

3.5.3.1　浓度对化学平衡移动的影响

在一定温度下，反应达到平衡时，Q=。由于不变，所以此时若提高反应物的浓度(或分压力)或者降低生成物的浓度(或分压力)，Q都将变小，使Q＜，原有的平衡将被破坏，平衡向着生成物的方向移动，直到Q=，即重新建立新的平衡。反之，平衡将逆向进行。

例如，对于反应：CO(g)+H₂O(g)→CO₂(g)+H₂(g)

增大水蒸气的通入量，可以提高CO的平衡转化率。工业生产中经常用增大廉价、易得的反应物浓度的方式，来提高贵重反应物的转换率。当然也可以减小产物的浓度，使平衡正向移动，同样达到提高反应物转化率的目的。例如煅烧石灰石时，如果将生成的CO₂吹出，可使平衡正向移动，有利于提高CaCO₃的转化率。

例3.12　对于例题3.9：

(1)计算SO₂Cl₂的分解分数。

(2)若在原来的平衡体系中再加入0.10mol的Cl₂，计算SO₂Cl₂的分解分数。

(3)若反应起始时就加入0.50mol的SO₂Cl₂及0.10mol的Cl₂，SO₂Cl₂的分解分数又是多少?由此可得出什么结论。

(2)加入0.10mol的Cl₂后，平衡朝着生成SO₂Cl₂的方向移动，设SO₂Cl₂的浓度又增加了xmol·L^-1。

计算结果表明，若增大生成物的浓度，平衡向着增大反应物浓度的方向进行，使反应物的分解分数降低。

(3)设反应达平衡时SO₂的浓度为ymol·L^-1，则

计算结果表明：在相同的条件下，体系达到平衡时的组成与达到平衡的具体途径无关。此外，在计算“平衡转化率”或某反应物(或产物)浓度(或分压)时，两套平衡常数均可以用，且使用实验平衡常数更方便，故IUPAC未予废除。

3.5.3.2　压力对化学平衡的影响

压力的变化对固体和液体的体积影响甚微，所以对只有固体和液体物质参加的化学反应，系统压力发生改变后，化学平衡基本不移动。但对于有气体参加的化学反应，在恒温条件下，若改变某一种气体的分压力或体系的总压力，通常会引起化学平衡的移动。压力的变化对化学反应平衡的影响可分为下面几种情况。

1.恒温恒容条件下物质分压的变化　对于恒温恒容条件下的反应，增大反应物或减小生成物的分压，都将导致Q＜，则平衡正向移动；反之，平衡逆向移动。这一影响与浓度对化学平衡的影响有相似之处。

例如下列气相可逆反应：

aA+bB→gG+hH

在密闭容器里，平衡时

如果在恒温条件下将反应系统的体积变为原来的1/m倍，则系统的总压将变为原来的m倍，此时的反应商为：

此时又可以分两种情况讨论：

(1)当m＞1时，即压缩系统，使系统压力增大。

1)对于Δn＞0，即气体分子数增加的反应，m^Δn＞1，则Q＞，平衡逆向移动，即向气体分子数减少、压力降低的方向移动。

2)对于Δn＜0，即气体分子数减少的反应，m^Δn＜1，则Q＜，平衡正向移动，即向气体分子数减少、压力降低的方向移动。

3)对于Δn=0，即反应前后气体分子数不变的反应，m^Δn=1，则Q=，平衡不移动。

(2)当m＜1时，即膨胀系统，使系统压力减小。

1)对于Δn＞0的反应，即气体分子数增加的反应，m^Δn＜1，则Q＜，平衡正向移动，即向气体分子数增多、压力增大的方向移动。

2)对于Δn＜0的反应，即气体分子数减小的反应，m^Δn＞1，则Q＞，平衡逆向移动，即向气体分子数增多、压力增大的方向移动。

3)对于Δn=0的反应，即反映前后气体分子数不变，m^Δn=1，则Q=，平衡不移动。

综上所述，对于Δn=0，即反应前后气体分子数不改变的反应，在一定温度下改变总压力，平衡不移动。对于Δn≠0的反应，如恒温下压缩反应系统，相当于增大压力，反应向气体分子数减少使压力下降的方向移动；如果恒温下使反应系统膨胀，相当于减小压力，反应向气体分子数增加使压力上升的方向移动。此原理被广泛应用于化工生产中，以提高反应物的转化率，如合成氨的反应在高压下进行，并通入过量的氮气，不断引出生成的氨气，以提高氢气的转化率。

2.惰性气体的影响　惰性气体是指不参与化学反应的气体。在恒温条件下向达到平衡的系统引入惰性气体时，情况分为两种。

(1)若体积不变，系统的总压力增加，但各反应物和产物的分压不变，Q=，平衡不移动。

(2)若保持总压不变，则系统的体积增大，各反应物和产物的分压相应的减小。若Δn≠0，则Q≠，平衡向气体分子数增多、压力增大的方向移动。

例3.13　一容器中加入1.0L的气体PCl₅，在一定的温度和压力下，PCl₅有50%离解为PCl₃和Cl₂气体。试判断在下列不同的条件下，PCl₅的解离度变化情况：

(1)减小压力使PCl₅的体积变为2.0L。

(2)保持压力不变，加入Cl₂使体积增大到2.0L。

(3)保持体积不变，加入Cl₂使压力增加1倍。

(4)保持压力不变，加入N₂使体积增大到2.0L。

(5)保持体积不变，加入N₂使压力增加1倍。

解：PCl₅分解按下式进行：

PCl₅(g)→PCl₃(g)+Cl₂(g)

该反应Δn=1＞0，是气体分子数增加的反应。平衡时，有下列关系式：

当PCl₅有50%分解时，PCl₅、PCl₃和Cl₂的平衡分压相等。

(1)减小压力使PCl₅的体积变为2.0L，体积增大，相当于膨胀系统，各物质分压都减小，即m＜1，则Q＜，平衡向气体分子数增多、压力增大的方向移动，即正向移动，PCl₅解离度增加。

(3)加入Cl₂使压力增加1倍，而体积不变，产物Cl₂的分压增大，PCl₅和PCl₃的分压不变，故Q＞，所以平衡逆向移动，PCl₅解离度减小。

(5)加入的N₂不参加化学反应，虽然压力增大1倍但体积不变，因此PCl₅、PCl₃和Cl₂的分压都不变，Q=，不影响化学平衡，PCl₅解离度不变。

由该题可以看出，考虑压力对平衡的影响时，归根结底是考虑各分压变化对Q值的影响。

3.5.3.3　温度对化学平衡的影响

浓度和压力的改变，虽然能使化学平衡移动，但平衡常数依然不变，而温度的变化对化学平衡的影响却使标准平衡常数改变。对任意化学反应：

因此，温度升高，平衡向吸热的方向移动；反之，平衡向放热的方向移动。

3.5.3.4　催化剂对化学平衡的影响