體積改變對平衡位置的影響

化學原理啟迪155

1.      假設我們有一個處在平衡狀態的混合氣體，混合氣體內是「氮氣N2」、「氫氣H2」和「氨NH3」。如果我們突然縮小氣體的體積，平衡位置會發生什麼事呢？

2.      這個平衡系統必須減少分子的數量，來縮小它的體積。這個反應的平衡方程式

N2(g)+3H2(g)←→2NH3(g)

3.      結果這個系統會往右移，因為往右邊移動的反應，會使左邊4個分子(1個氮氣分子和3個氫氣分子)反應變成2個分子(2個氨氣分子)，這樣一來就減少所有氣體分子的數量。

4.      新的平衡位置會比原來的平衡位置更往右移(產生較多的產物)。平衡位置移往，平衡反應式中氣體分子數量較少的那一邊。

5.      相反地，當容器體積放大，系統將會往增加體積的方向移動。合成氨的系統將會往左移動，用增加氣體粒子的數量的方式，來增加系統的體積。

【範例】預測下面化學反應的體積縮小時，平衡位置會往哪裡移動？

a.       製備液態的三氯化磷 phosphorus trichloride。

P4(s)+6Cl2(g)←→4PCl3(l)

b.      製備氣態的五氯化磷 phosphorous pentachloride。

PCl3(g)+Cl2(g) ←→PCl5(g)

c.       三氯化磷和氨的反應。

PCl3(g)+3NH3(g) ←→P(NH2)3(g)+3HCl(g)

【解題】

a.       因為「磷P4」和「三氯化磷PCl3」，一個是純固體，一個是純液體，所以我們只需要考慮「氯氣Cl2」體積減少的影響。因為反應物那一側有6個氣體分子，產物那一側完全沒有氣體分子，所以，縮小體積必定是減少反應物的氣體分子「Cl2」，平衡位置將會往右移。

b.      因為平衡的反應式顯示，產物的那一側只有1個氣體分子，反應物的那一側有2個氣體分子，縮小體積必定要減少反應物的氣體分子數量，平衡位置往右移。

c.       平衡的反應式顯示，反應前後二側的氣體分子數量都是4個。平衡位置無論往哪裡移動都不能減少氣體粒子的數量。所以，改變體積將不會對平衡位置有任何的影響，因此，化學位置不會移動。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》

n   圖片來源：Nivaldo J. Tro《Introductory Chemistry》