應用勒沙特列原理提煉砷

化學原理啟迪153

1.      【範例】把砷從礦藏中提煉出來的方法，首先讓砷礦與氧氣反應，產生氧化砷，然後再與碳反應還原成砷：As4O6(s)+6C(s)←→As4(s)+6CO(g)

2.      預測增加以下各種改變因素之後，平衡位置的移動方向。

a.增加CO

b.增加或減少C或As4O6

c.減少As4

3.      【解題】a.勒沙特列原理預測，平衡位置一定會朝遠離「濃度增加的物質」的方向移動(減少增加的物質)。所以，增加一氧化碳CO，平衡位置將會往左移動。

4.      b.因為純固體的數量，不會影響平衡位置，所以，改變C或As4O6將不會對平衡有任何影響。

5.      c.如果減少As4，平衡位置將會往右，形成更多的產物。工業生產，通常會持續地從平衡系統中拿走想要生產的產物，以增加產物的產量。

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

徐弘毅：

1.      As4O6(s)+6C(s)←→As4(s)+6CO(g) 是異相平衡反應。反應物是固體，透過氧化還原反應，製造出的產物是氣體。固體跟氣體不是同一種相，所以稱為異相反應。

2.      「氧化還原」反應怎麼達到平衡？「氧化砷As4O6」與「碳C」互相搶奪或流失電子，形成新的化合物，直到電子流動停止。

3.      「氣體反應」怎麼達到平衡？「砷As4」與「一氧化碳CO」的氣體粒子彼此不斷碰撞，形成新的化合物，最後達到平衡，各自長時間保持固定的濃度。

4.      整個反應怎麼達到平衡呢？正反應的速率等於逆反應的速率，就達到平衡。意思是，「氧化砷As4O6」與「碳C」氧化還原，製造出「砷As4」與「一氧化碳CO」的速率，等於「砷As4」與「一氧化碳CO」氣體粒子碰撞，製造出固體「氧化砷As4O6」與「碳C」的速率。

5.      平衡位置改變，就是平衡狀態的（一）反應物與產物的濃度改變，或（二）正反應與逆反應的速率改變。

6.      如果增加「一氧化碳CO」氣體會改變平衡位置嗎？

7.      「一氧化碳CO」的濃度增加，會使得「砷As4」與「一氧化碳CO」氣體粒子碰撞變劇烈，而逆反應速率加快，製造出更多的「氧化砷As4O6」與「碳C」固體。從整個反應來看，平衡位置往左移：As4O6(s)+6C(s)←As4(s)+6CO(g)。

8.      如果增加或減少「氧化砷As4O6」與「碳C」固體會改變平衡位置嗎？

9.      如果是從整個均勻混合物中，挪走一些「氧化砷As4O6」與「碳C」的混合物，這不會影響氧化還原反應速率，因為均勻的混合物的每一個部分的反應速率，應該是一樣的。所以，正反應的速率不會改變。

10.  因為氣體粒子的濃度也沒有改變，逆反應的速率保持不變，所以，整個反應的平衡位置不變。

11.  化學反應中，純固體與純物質液體，都沒有彼此粒子碰撞劇不劇烈這種「活性」問題，所以活性被設定為「1」。因此作者特別強調，C或As4O6是純固體，純固體的數量，不會影響平衡位置。

12.  如果減少氣體「砷As4」會改變平衡位置嗎？

13.  「砷As4」濃度減少，會使得「砷As4」與「一氧化碳CO」氣體粒子碰撞頻率變少，逆反應速率變慢，製造出「氧化砷As4O6」與「碳C」固體的速度變慢。

14.  逆反應速度變慢，但是正反應速度一樣快，結果就是，整個反應製造出愈來愈多的「砷As4」與「一氧化碳CO」氣體粒子。整個反應的平衡位置往右移：As4O6(s)+6C(s) →As4(s)+6CO(g)。