1、13-3 影響平衡的因素影響平衡的因素2基礎化學(三)影響平衡的因素影響平衡的因素3-3平衡位置如何隨著影響平衡的變因移動，可利用法國科學家勒沙特列(H.L.Le Chtelier)所提出的勒沙特列原理勒沙特列原理預測：若一平衡系受到某一因素影響時，反應會向抵若一平衡系受到某一因素影響時，反應會向抵消此因素的方向移動，直到達成新的平衡消此因素的方向移動，直到達成新的平衡。本節將介紹濃度、壓力及溫度此三項變因對平衡的影響情形。3基礎化學(三)影響平衡的因素影響平衡的因素3-33-3.1 濃度對平衡的影響3-3.2 壓力對平衡的影響3-3.3 溫度對平衡的影響3-3.4 勒沙特列原理的應用4基礎化
2、學(三)濃度對平衡的影響濃度對平衡的影響3-3.1實例 1：鉻酸鉀與二鉻酸鉀的平衡5基礎化學(三)濃度對平衡的影響濃度對平衡的影響3-3.1根據勒沙特列原理：當滴入鹽酸時，氫離子的濃度增加，為抵消此因素，反應必須向右向右移動，因此黃色之 鉻酸根的濃度減少，而橙色之二鉻酸根的濃度增 加，故溶液變為橙色橙色。反之，滴入氫氧化鈉溶液時，因氫氧離子與氫離子中和，而使氫離子濃度降低，所以反應必須向左移動，以抵消此因素，故溶液 變回黃色。6基礎化學(三)濃度對平衡的影響濃度對平衡的影響3-3.1實例 2：血紅色血紅色7基礎化學(三)濃度對平衡的影響濃度對平衡的影響3-3.1 於 t1 時在平衡系中添加 N
3、aOH，產生 Fe(OH)3 沉澱，因為 Fe3+的濃度降低，致使平衡向右移動，因此血紅色的 FeSCN2+濃度減少；於 t2 時達成新的平衡。濃度與平衡的關係8基礎化學(三)濃度對平衡的影響濃度對平衡的影響3-3.1結論結論：在平衡系中1.加入反應物或移除產物2.移除反應物或加入產物 平衡狀態 。向右移動向右移動 平衡狀態 。向左移動向左移動濃度對平衡的影響9基礎化學(三)範例範例 3-8定溫時，反應 BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42(aq)達平衡後，分別進行下述操作：(a)加入硫酸鋇(b)加入氯化鋇(c)加入硫酸鈉回答下列問題：(1)平衡狀態如何移動？(2)各離子的平衡濃度如何改
4、變？10基礎化學(三)範例範例 3-8(1)(a)在平衡系中加入固體溶質，不會破壞平衡狀態，故平衡不移動不移動。(b)Ba2 增大，故平衡向左移動向左移動。(c)SO42 增大，故平衡向左移動向左移動。(2)(a)各離子的平衡濃度均不變不變。(b)BaSO4 的莫耳數增加，但是濃度不變；Ba2較原平衡時大大，SO42 較原平衡時小小。(c)BaSO4 的莫耳數增加，但是濃度不變；Ba2較原平衡時小小，SO42 較原平衡時大大。解答解答11基礎化學(三)練習題練習題 3-8在平衡系 2CrO42(aq)+2H+(aq)Cr2O72(aq)+H2O(l)中，加入下列何種物質會使 CrO42 之平衡
5、濃度減少？(多重選擇題)(A)K2CrO4(s)(B)BaCl2(s)(C)少量濃 HNO3(aq)(D)NaOH(s)(E)K2Cr2O7(s)12基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2在氣體的反應中，若反應前、後氣體總莫耳數不相等，則改變反應系體積會造成平衡移動。根據勒沙特列原理，容器體積縮小，則系統的總壓力增加，要抵消此因素，則平衡必須向氣體莫耳數較少的一方移動。相反地，若擴大容器體積，則平衡將朝向氣體莫耳數較多的一方移動。13基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2實例 1：氨的合成反應加大反應系統的壓力，反應向氣體莫耳數較少的一方移動，反應物係數和1
6、+34，產物係數和2，故平衡向氨的生成方向移動，氨的產率提高氨的產率提高。14基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2實例 2：在一支注射針筒中充入 NO2 氣體後密閉，則其中 NO2 可與 N2O4 達成平衡狀態15基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2注射筒內 NO2 與 N2O4 達平衡狀態，壓縮體積，可見筒內氣體的顏色變深，再度達平衡後，容器內氣體的顏色較壓縮瞬間略淺，但仍較原平衡時之顏色深。因 NO2 與 N2O4 之濃度皆增大，故筒內氣體顏色變深，此時反應向右移動；16基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2實例 3：一氧化碳與二氧
7、化氮反應生成 二氧化碳與一氧化氮反應物係數和1+1產物係數和，壓縮或擴大反應系的體積，各物質濃度同時增加或減少相同倍率，反應商 Q 之值仍與 K 值相等，平衡不移動平衡不移動。17基礎化學(三)壓力對平衡的影響壓力對平衡的影響3-3.2結論：結論：若體積縮小，則壓力增大，平衡狀態會向氣態成氣態成分之係數和較小分之係數和較小的一邊移動。若擴大體積，則壓力減小，平衡狀態會向氣態成氣態成分之係數和較大分之係數和較大的一邊移動。若反應式左右兩邊氣態成分之係數和相等之平衡系，改變體積或壓力不會使平衡移動不會使平衡移動。壓力對平衡的影響壓力與平衡的關係18基礎化學(三)範例範例 3-9壓縮下列平衡系的體積
8、，預測各反應的平衡移動方向。(1)P4(s)+6Cl2(g)4PCl3(g)(2)PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)(3)PCl3(g)+3NH3(g)P(NH2)3(g)+3HCl(g)解答解答(1)因為 P4 為固態，壓縮體積只對 Cl2 及 PCl3 的濃度有 影響，右邊氣體係數為 4，左邊氣體係數為 6，故平平 衡向右移動衡向右移動。(2)右邊氣體係數為 1，左邊氣體係數和為 2，故平衡向平衡向 右移動右移動。(3)左、右兩邊氣體係數和皆為 4，故壓縮容器體積，平平 衡不移動衡不移動。19基礎化學(三)練習題練習題 3-9750 時，CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2
9、(g)的反應達平衡，下列各項操作可使平衡向何方移動？(1)除去 H2O(g)。(2)壓縮容器體積。(3)定溫、定容下，加入惰性氣體。(4)定溫、定壓下，加入惰性氣體。答：向左答：向左答：向左答：向左答：不移動答：不移動答：向右答：向右20基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-3.3冰過的西瓜較未冰者口感更為鮮甜？加等量果糖的冰咖啡與熱咖啡，冰咖啡似乎苦味較淡？原因之一是因為果糖的甜度會隨溫度而變化：溫度的改變造成平衡的移動，也可以勒沙特列原理來加以解釋。低溫時，平衡向右，使得-果糖的百分率較高溫時大，所以冰涼後的水果就比較甜了。21基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-
10、3.3實例 1：哈柏法合成氨的反應此反應為放熱反應，溫度升高相當於施加熱能於此平衡系；根據勒沙特列原理，平衡應向消耗能量的方向移動，亦即向左方移動向左方移動。結果：N2、H2，NH3平衡常數 K 值 。變小變小22基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-3.3實例 2：N2O4 與 NO2 的平衡反應在室溫時，混合氣體中有 NO2，因而呈淡紅棕色。浸於熱水浴中，混合氣體中有更多的 NO2，因而呈暗紅色。浸於冰水浴中，混合氣體中大部分為 N2O4，因而幾近無色。動畫：二氧化氮的可逆反應23基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-3.3實例 2：N2O4 與 NO2 的平衡反應
11、此反應向右為吸熱反應，當升高溫度，平衡向消耗能量的一方移動，即向右移動向右移動，反應物 N2O4 的濃度減少，產物 NO2 的濃度增加，故容器內氣體的顏色變深，平衡常數 K 值 。若降低溫度，則容器內氣體顏色變淡，平衡常數 K 值 。變大變大變小變小24基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-3.3結論：結論：溫度升高時，平衡會向吸熱吸熱的方向移動；溫度下降時，平衡會向放熱放熱的方向移動；放熱反應之平衡常數隨溫度的升高而 ，變小變小 吸熱反應之平衡常數隨溫度的升高而 ，增大增大溫度對平衡的影響動畫：影響平衡的因素25基礎化學(三)溫度對平衡的影響溫度對平衡的影響3-3.3溫度與催化劑
12、的差異溫度與催化劑的差異變因影響溫度催化劑反應速率升高溫度使正、逆反應速率增加的程度並不相等，故溫度可改變平衡狀態加入催化劑使正、逆反應速率增加的程度相等，故催化劑不改變平衡狀態平衡常數能改變平衡常數不改變平衡常數26基礎化學(三)勒沙特列原理的應用勒沙特列原理的應用3-3.4哈柏法是工業上製造氨的方法：27基礎化學(三)勒沙特列原理的應用勒沙特列原理的應用3-3.4哈柏法製氨：以鐵粉作為催化劑催化劑，並混合氧化鉀及氧化鋁，以加強催化效果。在反應中，催化劑可等量增加正、逆反應速率，縮短反應達到平衡的時間，但並不會改變平衡位置，故無法提高氨的產率。28基礎化學(三)勒沙特列原理的應用勒沙特列原理
13、的應用3-3.4 哈柏法製氨：從勒沙特列原理勒沙特列原理來看，有利於氨的生成的條件為：(壓力)、(溫度)。高壓高壓低溫低溫u在高壓高壓的條件下，平衡向生成氨的一方移動，且高壓下反應物的碰撞頻率增大，反應速率亦增大；u但壓力太高，將導致成本提高，且危險性也大，故一般製氨採用的壓力約為：350 500 大氣壓大氣壓。u降低溫度降低溫度時，平衡向放熱的方向移動，對氨的生成有利，u但因低溫時反應速率太慢，故須提高溫度以增加反應速率。u因此，必須在兩者之間尋求最佳條件，目前工業生產氨時所選擇的最適當溫度約為 500。29基礎化學(三)範例範例 3-10下列哪些措施，可使哈柏法製氨的反應之平衡向右移動？N
14、2(g)+3H2(g)2NH3(g)H92.1 kJ(A)加入更多的氫氣(B)將生成的氨氣移出(C)提高反應溫度(D)加大反應系的壓力(E)加入更多的催化劑30基礎化學(三)練習題練習題 3-10升高溫度，下列各反應的平衡常數如何改變？(1)Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)(2)H2O(l)H+(aq)+OH(aq)(3)3O2(g)+285 kJ 2O3(g)答：變大答：變大答：變小答：變小答：變大答：變大31基礎化學(三)學習成果評量學習成果評量1.下列平衡系依所加措施，將使平衡如何變化？(1)2NOBr(g)2NO(g)+Br2(g)(減壓)(2)3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)(增壓)(3)C(s)+CO2(g)2CO(g)(減壓)(4)C(s)+CO2(g)2CO(g)(加 C(s)(1)向右移動向右移動(2)不移動不移動(3)向右移動向右移動(4)不移動不移動答：答：32基礎化學(三)學習成果評量學習成果評量2.下列平衡系依所加措施，將使平衡如何變化？顏色有何變化？N2O4(g)2NO2(g)所加措施平衡變化顏色變化(1)加壓(2)減壓(3)升高溫度(4)降低溫度向左移動向左移動變深變深向右移動向右移動變淺變淺向右移動向右移動變深變深向左移動向左移動變淺變淺
