化學原理啟迪154
1. 基本上,在溫度固定不變的情況下,有3種方法可改變氣體化合物系統的壓力。
(1) 體積固定不變,增加或移除氣體反應物或產物。
(2) 體積固定不變,增加鈍氣(不會參與反應的氣體)。
(3) 改變裝氣體的容器體積。
2. 一個體積固定保持不變的系統中,增加鈍氣,不會對平衡位置產生任何影響。增加鈍氣會增加整體壓力,但不會影響反應物或產物的分壓(假設它是理想氣體),所以,系統會維持原本的平衡位置。
3. 裝氣體的容器的體積改變的話,反應物與產物的濃度與分壓也改變。我們可以計算系統的反應商數Q,預測移動的方向。不過,還有更簡單的方法可以解決有關氣體化合物的反應問題:把焦點放在氣體體積上。
4. 核心概念是:當裝氣體的容器體積變小的時候,氣體系統的應對方法就是縮小自己的體積。氣體縮小自己體積的方法就是,減少系統中的氣體分子的數量。
5. 為了瞭解這是如何運作的,我們要重新思考理想氣體定律,調整之後得到
V=(RT/P)n
注:V體積;R常數0.08206Latm K-1mol-1 ;T絕對溫度:P壓力;n莫耳數。
6. 在溫度T與壓力P固定不變的情況下
V∞n
7. 也就是,在固定的溫度與壓力下,氣體的體積直接與容器內的氣體粒子的數量成正比,意思是,氣體粒子數量愈多,體積愈大,數量愈少,體積愈小。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅:
1. 在溫度固定不變的情況下,有3種方法可改變氣體化合物系統的壓力:(1)體積固定不變,增加或移除氣體反應物或產物。
2. 這個作法會移動平衡位置,使平衡位置往抵銷「改變力量」的方向移動,例如,「移除氣體產物」,會讓反應往「增加氣體產物」的方向移動。
3. (2) 體積固定不變,增加鈍氣(不會參與反應的氣體)。
4. 氣體濃度是mol/L:每單位體積(L)的粒子數量(mole);新增加的鈍氣,不會影響反應物或產物的粒子數量,所以,不影響產物或反應物的濃度,因此也不會影響平衡位置。,
5. 但是,一個固體體積的容器,增加更多氣體粒子,會使粒子之間的碰撞頻率變高;粒子每秒碰撞容器牆壁的頻率變高,壓力就會變大,所以,增加鈍氣會增加氣體的整體壓力。
6. (3) 改變裝氣體的容器體積。假設粒子的數量一樣,但是體積變小,會使氣體粒子的彼此碰撞的頻率上升,這會發生什麼情況呢?
7. [1]依據亞佛加厥定律,溫度相同的條件下,體積與粒子數量成正比,體積愈大粒子愈多,體積愈小粒子愈少。
8. 所以,體積變小,氣體粒子的數量應該要變少,如何變少?數個粒子互相結合成1個氣體粒子,使氣體粒子的整體數量下降。
9. [2]依據波以爾定律,氣體壓力與體積成反比:體積愈大壓力愈小,體積愈小壓力愈大。所以,體積變小,而溫度、數量都不變的話,壓力就會變大。
10. 由此可知,改變裝氣體的容器體積,反應物與產物的濃度會改變,分壓也會改變。
11. 我們可以計算系統的反應商數Q,預測移動的方向。這個方法比較麻煩,要先測量平衡狀態下,反應物與產物的濃度,計算「平衡常數K」;然後再測量體積改變後,反應物與產物的初始濃度,計算「反應商數Q」。
12. 另一個更簡單的方法是,直接觀察「氣體體積」與「粒子數量」的關係。
13. 假設裝氣體的容器體積變小,氣體系統就要縮小自己的體積,縮小的方法就是減少粒子數量。
14. 從平衡的反應方程式可以看得出來,往那個方向移動,可以減少粒子的數量,所以,可以直接判斷平衡位置移動的方向。
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