李卓陽

(山東省平度市第一中學(xué) 266700)

勒夏特列原理與化學(xué)平衡常數(shù)

李卓陽

(山東省平度市第一中學(xué) 266700)

勒夏特列原理可以定性的判斷一些化學(xué)平衡移動問題，在解決這些問題時也很方便，無論教師還是學(xué)生遇到這些問題，都習(xí)慣運(yùn)用勒夏特列原理，勒夏特列原理成為解決此類問題的主要工具.

勒夏特列原理；化學(xué)平衡常數(shù)；定量

新課改后，在蘇教版和魯科版的高中化學(xué)教科書中突出了化學(xué)平衡常數(shù)的地位，強(qiáng)化了用平衡常數(shù)來解決化學(xué)平衡移動問題的應(yīng)用.那么勒夏特列原理與化學(xué)平衡常數(shù)誰更具有優(yōu)勢？

以前，學(xué)生對勒夏特列原理的理解可能有很多誤區(qū).往往認(rèn)為勒夏特列原理是無條件的，在任何環(huán)境下都可以使用，其實(shí)并非如此，學(xué)生要關(guān)注勒夏特列原理適用的條件.從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來探究知識，分析原理，明確知識本質(zhì).在探究中學(xué)生要明確：如果改變影響平衡的一個方面，整個平衡就會向能夠減弱這種改變的方向移動，形成一種動態(tài)的平衡.如“沉淀溶解平衡、電離平衡、鹽類水解平衡等”.在使用勒夏特列原理時，只能允許有一個因素發(fā)生改變，其他條件被認(rèn)為是封閉不動的，否則就會出現(xiàn)錯誤.例如氨的合成過程，按照勒夏特列原理分析，很多學(xué)生會認(rèn)為到實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程中，如果溫度和壓力固定保持不變，在這個時候加入氨氣，實(shí)驗(yàn)平衡會朝著合成氨的方向移動.但是實(shí)際上并非如此，學(xué)生通過用濃度商Q跟平衡常數(shù)K的比值來看，會發(fā)現(xiàn)這個結(jié)果跟勒夏特列的判斷是截然不同的，這與學(xué)生的理論推斷相反.因?yàn)楹铣砂钡幕瘜W(xué)反應(yīng)過程并不是一個封閉體系，勒夏特列原理在這個環(huán)境中不適用，不符合應(yīng)用條件.下面通過一個例題詳細(xì)說明.

如果應(yīng)用勒夏特列原理，平衡一定向正向移動.但是這個判斷是錯誤的.下面利用平衡常數(shù)和濃度商來判斷正確的方向.該體系的平衡常數(shù)可表示為：

在原來平衡的混合物中，1.0L氣體含分子(0.5mol+0.2mol+0.2mol)=0.9mol.當(dāng)加入平衡體系中加入0.18molN2時，體系即時有分子(0.9mol+0.18mol)=1.08mol，在理想氣體情況下，溫度和壓強(qiáng)不變，瞬時體系的氣體總體積變?yōu)?.0L×1.08mol/0.9mol=1.2L，此時濃度商Q可表示為：

由于Q>K，平衡將向逆方向移動.為什么利用勒夏特列原理判斷平衡移動方向是錯誤的呢？原因是只關(guān)注了N2的分子數(shù)量變化，忽略了H2和NH3的氣體體積變化.所以勒夏特列原理并不是什么情況下都可以用的.

在了解了化學(xué)平衡常數(shù)之后，明確濃度商Q跟平衡常數(shù)K完全能夠解決這個問題.因?yàn)?，不管是什么樣的?shí)驗(yàn)體系，開放的或者是混合的，都是可以應(yīng)用的，而不像勒夏特列原理那樣有條件約束，在某些環(huán)境下不可使用.應(yīng)用化學(xué)平衡常數(shù)解決平衡問題時，需要在大腦中建立一個基于狀態(tài)分析的探究程序，尤其要明確濃度和壓強(qiáng)與化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)的影響.在探究中，學(xué)生要明確：在一個化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)中，首先要弄清平衡時，Q=K.如果這時候的外界環(huán)境發(fā)生變化，包括濃度、溫度、壓強(qiáng)的改變會對K或Q產(chǎn)生什么樣的影響？通過怎樣的調(diào)整和變化才能夠使Q重新等于K，重新回到平衡的狀態(tài).例如，如果增加反應(yīng)物的濃度，K保持不變，這個時候濃度商Q就會變小，這是化學(xué)反應(yīng)就會向著生成物濃度增大，反應(yīng)物濃度減少的變化進(jìn)行，直到平衡為止.化學(xué)平衡常數(shù)還有其他的應(yīng)用，如：

1.化學(xué)平衡常數(shù)可用來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度(即反應(yīng)限度)

A．①>②B．①<②C．①=②D．不能確定

解析平衡常數(shù)越大，表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行地越徹底；平衡常數(shù)越小，表示反應(yīng)向正向進(jìn)行的程度越小.如果一個化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)的數(shù)值在105左右，通常認(rèn)為，反應(yīng)可以進(jìn)行得比較完全；相反，一般，如果一個化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)的數(shù)值在10-5左右，則認(rèn)為這個反應(yīng)很難進(jìn)行.各個化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)相差很大，如本題中給出的兩個化學(xué)反應(yīng)：反應(yīng)①的程度很小，而反應(yīng)②進(jìn)行的程度很大.因此，B選項(xiàng)是正確的.

2.化學(xué)平衡常數(shù)可用來判斷化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng).

t/℃70080083010001200K0.40.60.811.442.6

該反應(yīng)ΔH 0(填“<”、“>”或“=”).

解析K值的大小與濃度、壓強(qiáng)和是否使用催化劑無關(guān)，只與溫度這一外界條件有關(guān)，溫度發(fā)生變化時平衡常數(shù)也會發(fā)生改變.溫度越高，K值越大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；溫度越高，K值越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng).在題中，平衡常數(shù)隨溫度的增大而增大，該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此ΔH>0.

3.判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)

4.計算物質(zhì)的含量、轉(zhuǎn)化率、平衡濃度等

前面我們講過勒夏特列原理不是在所有條件下都成立的，不能用勒夏特列原理解釋所有的化學(xué)平衡移動的問題：勒夏特列原理只完全適用與封閉、均相體系，只能在改變影響化學(xué)平衡的一個條件時適用.在這一基本前提下，可以運(yùn)用勒夏特列原理定性解釋化學(xué)平衡移動的問題.

例4 在配制FeCl3溶液時，為什么通常加入少許稀鹽酸？

解FeCl3是一種強(qiáng)酸弱堿鹽，溶液中存在著水解平衡：

在配制FeCl3溶液時，加入酸可使平衡向逆反應(yīng)方向移動，抑制水解.

總之，勒夏特列原理的使用有局限性：這個原理更加注重的是從理論上來探究化學(xué)知識；是一種定性的認(rèn)識，而不是定量的計算.而平衡常數(shù)有科學(xué)理論基礎(chǔ)，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，有定量計算，所以化學(xué)平衡常數(shù)應(yīng)該作為解決化學(xué)平衡移動問題的主要工具.用勒夏特列原理定性判斷平衡移動方向，有時比較難，需要考慮多方面的因素和條件，才能夠判斷出化學(xué)平衡的移動方向.但是勒夏特列原理是通過平衡常數(shù)進(jìn)行定量的計算，這個常數(shù)就像是計算的中介一 樣，使化學(xué)變化的數(shù)量可以加以測量，更加準(zhǔn)確地進(jìn)行計算，達(dá)到快速解決問題的目的.可以說勒夏特列原理展示了一個客觀變化的共同規(guī)律.

[1]徐守兵.勒夏特列原理和化學(xué)平衡常數(shù)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀的調(diào)查分析和教學(xué)反思[J]. 化學(xué)教育，2011(06):42-44.

[2]孟彥.對“化學(xué)平衡常數(shù)”教學(xué)內(nèi)容的看法和建議[J]. 化學(xué)教與學(xué)，2011(11):26-38.

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1008-0333(2017)31-0093-02

2017-07-01

李卓陽(2000.3-)，男，山東平度人，現(xiàn)讀于山東省平度市第一中學(xué)，曾代表學(xué)校參加省化學(xué)競賽，并獲一等獎.

閆久毅]