Transcript 3-3

3-3 影響平衡的因素
 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 Châtelier)所提
出的勒沙特列原理預測：
若一平衡系受到某一因素影響時，反應會向抵
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。
3-3 影響平衡的因素
3-3.1 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
3-3.1 濃度對平衡的影響
實例1：鉻酸鉀與二鉻酸鉀的平衡
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。
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。
實例2：
血紅色
 於 t1 時在平衡系中添加NaOH，產生Fe(OH)3沈澱，
 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。
濃度對平衡的影響
結論：在平衡系中
1.加入反應物或移除產物
 平衡狀態 向右移動 。
2.移除反應物或加入產物
 平衡狀態 向左移動 。
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變？
解答
(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。
(b) [Ba2＋]增大，故平衡向左移動。
(c) [SO42－]增大，故平衡向左移動。
(2) (a)各離子的平衡濃度均不變。
(b)BaSO4 的莫耳數增加，但是濃度不變；
[Ba2＋]較原平衡時大，
[SO42－]較原平衡時小。
(c)BaSO4 的莫耳數增加，但是濃度不變；
[Ba2＋]較原平衡時小，
[SO42－]較原平衡時大。
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)
3-3.2 壓力對平衡的影響
 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。
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+3＝4，
產物係數和＝2，
故平衡向氨的生成方向移動，
⇒氨的產率提高。
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：
因 NONO
N
O
之濃度皆增大，故筒內
注射筒內
與
N
O
2 與
2
4
2
2 4 達平衡狀態，
氣體顏色變深，此時反應向右移動；
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。
實例3：一氧化碳與二氧化氮反應生成
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。
壓力對平衡的影響
結論：
★ 若體積縮小，則壓力增大，平衡狀態會向
氣態成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。
範例 3-9
壓縮下列平衡系的體積，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
(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，
故平衡向右移動。
(3)左、右兩邊氣體係數和皆為 4，故壓縮容器體積，
平衡不移動。
練習題 3-9
750℃時，CH4(g)+H2O(g) ⇌ CO(g) +3H2(g)的反應達平
衡，下列各項操作可使平衡向何方移動？
向左
(2)壓縮容器體積 向左
(1)除去H2O(g)
(3)定溫、定容下，加入惰性氣體 不移動
(4)定溫、定壓下，加入惰性氣體 向右
3-3.3 溫度對平衡的影響
 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：
低溫時，平衡向右，使得β-果糖的百分率較
 溫度的改變造成平衡的移動，也可以勒沙特列
高溫時大，所以冰涼後的水果就比較甜了。
原理來加以解釋。
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。
結果：[N2]↑、[H2]↑，[NH3]↓
平衡常數 K 值 變小 。
實例2：N2O4 與 NO2 的平衡反應：
浸於冰水浴中，混合氣體大部
浸於熱水浴中，混合氣體中有
分為
，因而幾近無色。
2O4
更多 N
NO
，因而呈暗紅色。
2
在室溫時，混合氣體中有
NO2，因而呈淡紅棕色。
實例2：N2O4 與 NO2 的平衡反應：
此反應向右為吸熱反應，當溫度升高，平衡向
消耗能量的一方移動，即向右移動；
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 變大 。
若降低溫度，則容器內氣體顏色變淡，
平衡常數 K 值 變小 。
溫度對平衡的影響
結論：
★溫度升高時，平衡會向吸熱的方向移動；
★溫度下降時，平衡會向放熱的方向移動；
 放熱反應的平衡常數隨溫度之升高而 變小 ，
 吸熱反應的平衡常數隨溫度之升高而 增大 ，
動畫：影響平衡的因素
溫度與催化劑的差異
變因
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
影響
3-3.4 勒沙特列原理的應用
哈柏法是工業上製造氨的方法：
哈柏法製氨：
以鐵粉作為催化劑，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。
哈柏法製氨：
從勒沙特列原理來看，有利於氨的生成的條件
為： 高壓 (壓力)、 低溫 (溫度)。

 在高壓的條件下，平衡向生成氨的一方移
降低溫度時，平衡向放熱的方向移動，對
動，且高壓下反應物的碰撞頻率增大，反
氨的生成有利；
 應速率亦增大；
但因低溫時反應速率太慢，故須提高溫度
 但壓力太高，將導致成本提高，且危險性
以增加反應速率。
 也大，故一般製氨採用的壓力約為：
因此，必須在兩者之間尋求最佳條件，目
350
∼500 大氣壓。
前工業生產氨時所選擇的最適當溫度約為
500 ℃。
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？ N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.1 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
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)
變大
(3) 3O2(g)＋285 kJ ⇌ 2O3(g)
變大
變小
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) + CO(g) ⇌ 2CO2(g) (減壓)
(4) C(s) + CO(g) ⇌ 2CO2(g) (加C(s))
(1) 向右移動
(3) 向右移動
(2) 不移動
(4) 不移動
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
向左反應
變 深
(2)減壓
向右反應
變 淡
(3)升高溫度
向右反應
變 深
(4)降低溫度
向左反應
變 淡