淺談勒夏特列原理的一點應用

張成新

化學平衡知識是中學化學教學中的一個難點,在運用勒夏特列原理判斷平衡移動方向時,經常會碰到與勒夏特列原理有矛盾的問題,特別是濃度對化學平衡移動的影響,其判斷有時會使學生感到束手無策,請看下面一個例子:

t℃時,在1L密閉容器中加入1 mol PCl5后,反應:PCl5(g)→←PCl3(g)+Cl2(g)達到平衡,當向體系中再加入1 mol PCl5反應物時,對該化學平衡的移動有兩種解釋:

(1)由勒夏特列原理知,增加反應物的濃度,平衡向正方向移動,所以,增加PCl5的濃度,平衡必然向正方向移動;

(2)由勒夏特列原理知,增大壓強,平衡向體積縮小的方向移動。所以,增加PCl5的濃度,相當于增大體系的壓強,壓強增大,平衡向體積縮小的方向移動,即平衡逆方向移動。

顯然,同樣一個問題有兩個完全相反的答案,肯定只能有一個答案是正確的,那么,為什么用勒夏特列原理解釋同一問題時會產生截然不同而且自相矛盾的答案呢?

上述問題之所以出現兩種截然不同的答案,是由于在使用勒夏特列原理時忽略了勒夏特列原理的使用條件。

勒夏特列原理是這樣表述的:如果改變影響平衡的任一個條件(如濃度、溫度、壓強等)時,平衡就向減弱這種改變的方向移動。可見,在使用勒夏特列原理判斷平衡移動方向時,只能“單一因素”發生改變。如上述問題中,當原來的1 mol PCl5已達到平衡后,再加入1 mol PCl5不僅僅使反應物濃度增加,同時也使整個反應體系的壓強增加,在兩個因素同時改變時,顯然不能單獨考慮濃度引起的變化,否則,就會產生錯誤的判斷。

圖像解釋法:

對這個問題的整個過程可用下圖表示:

問題中所涉及的過程,就是Ⅰ→Ⅱ的過程,這個過程中等效于經過一個中間過渡狀態Ⅲ的Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ的整個過程。

平衡移動方向的判斷:為使討論中只有單個因素改變,可以直接討論等效過程Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ的整個過程。其中,在Ⅰ→Ⅲ的過程中,由于另外再加了一個1L含1 mol五氯化磷的容器,對原來一個“舊體系”未改變任何因素,“舊體系”平衡不移動,且兩個容器的平衡相同。在Ⅲ→Ⅱ的過程中,抽去中間的隔膜,再使體積減小一半,相當于給體系Ⅲ加壓,顯然,在Ⅲ→Ⅱ過程中,平衡向逆方向移動;由于Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ的整個過程中,過程Ⅰ→Ⅲ不影響平衡移動,只有過程Ⅲ→Ⅱ才影響平衡移動,所以,可以把過程Ⅰ→Ⅱ總的平衡移動影響因素看作就是過程Ⅲ→Ⅱ的平衡移動影響因素,即過程Ⅰ→Ⅱ,相當于過程Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ,相當于過程Ⅲ→Ⅱ,也相當于加壓對平衡移動的影響。所以,在本問題中,第(2)種解釋是正確的。

運用勒夏特列原理時應明確:當改變某個反應條件時,可能會引起多個因素的同時改變,分析平衡移動時就必須單一因素逐個進行分析。

作者單位:山東省臨邑縣第一中學化學組