勒夏特列原理

CIE A-Level 化学· 15 分钟阅读

1. 勒夏特列原理的核心定义★★☆☆☆⏱ 3 min

勒夏特列原理是一个简单的预测规则，描述了处于动态平衡的系统如何应对外界条件的改变。它不解释平衡移动背后的动力学或热力学原理，仅能预测平衡位置最终的改变结果。

📘 定义

勒夏特列原理

当处于动态平衡的系统受到外界条件改变的影响时，平衡位置会向抵消该改变的方向移动。

例:

升高温度会向系统中增加热量，因此平衡会向吸热方向移动以吸收多余的热量。

📐 例题

请叙述勒夏特列原理对气态平衡体系总压强降低的预测结果。

1
1. 确定外界改变：体系总压强降低。
2
1. 体系会发生移动以抵消压强降低，因此体系会使总压强升高。
3
1. 更高的压强来自体系中更多的气体物质的量。
4
1. 结论：平衡向气体物质的量更多的一侧移动。

Exam tip:

记住，该原理说的是平衡移动抵消（而非完全抵消）外界改变。

2. 浓度改变的影响★★☆☆☆⏱ 4 min

只要温度保持不变，改变平衡体系中任何反应物或生成物的浓度都会改变平衡位置，但不会改变平衡常数 $K_{c}$ 的数值。

如果增大反应物浓度，平衡会向右移动以消耗多余的反应物，生成更多产物。如果增大生成物浓度，平衡会向左移动以消耗多余的生成物。

📐 例题

对于平衡 $Fe^{3 +} (a q) + SCN^{-} (a q) ⇌ [Fe(SCN)]^{2 +} (a q)$ ，当从溶液中移除 $Fe^{3 +}$ 离子时，平衡位置会发生什么变化？产物 $[Fe(SCN)]^{2 +}$ 为深红色。

1
1. 外界改变是：反应物 $Fe^{3 +}$ 的浓度降低。
2
1. 根据勒夏特列原理，体系会发生移动以抵消 $Fe^{3 +}$ 的浓度降低。
3
1. 为了抵消浓度降低，需要分解产物生成更多 $Fe^{3 +}$ 。
4
1. 结论：平衡向左移动。深红色产物的浓度下降，因此溶液颜色变浅。

3. 压强和温度改变的影响★★★☆☆⏱ 5 min

只有当反应物和生成物两侧气体总物质的量不同时，压强改变才会影响平衡位置。如果两侧气体物质的量相等，改变压强对平衡位置没有影响。

任何温度改变都会改变 $K_{c}$ 的数值。如果正反应吸热，升高温度会使平衡向右移动（吸收多余热量）， $K_{c}$ 增大。如果正反应放热，升高温度会使平衡向左移动， $K_{c}$ 减小。

📐 例题

对于哈伯工艺的平衡： $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⇌ 2 NH_{3} (g) Δ H = - 92 kJ mol^{- 1}$ 。预测(i)增大总压强、(ii)升高温度对平衡位置的影响。

1
部分(i)：增大压强
2
1. 统计总气体物质的量：左侧4 mol，右侧2 mol。
3
1. 改变为压强增大，因此体系会向降低压强的方向移动，以抵消压强增大。
4
1. 更少的气体物质的量会带来更低的总压强，因此平衡向右移动（向生成氨的方向）。
5
部分(ii)：升高温度
6
1. $Δ H$ for forward reaction is negative, so forward is exothermic, reverse is endothermic.
7
1. 改变为温度升高，因此体系会向吸收多余热量的方向移动。
8
1. 吸热的逆反应会吸收热量，因此平衡向左移动。

4. 催化剂的影响与工业应用★★★☆☆⏱ 4 min

催化剂同等程度地加快正反应和逆反应的速率。它们会缩短达到平衡所需的时间，但不会改变平衡位置和 $K_{c}$ 的数值。它们对平衡产率没有影响。

在工业化学中，勒夏特列原理被用于选择平衡高产量与反应速率、设备成本等经济因素的条件。例如，哈伯合成氨工艺使用妥协温度，以同时获得可接受的产率和可接受的反应速率。

📐 例题

甲醇通过以下平衡生产： $CO (g) + 2 H_{2} (g) ⇌ CH_{3} OH (g) Δ H = - 91 kJ mol^{- 1}$ 。什么压强和温度条件能得到最高的平衡产率？

1
1. 统计气体物质的量：反应物侧3 mol，生成物侧1 mol。
2
1. 增大压强使平衡向物质的量更少的一侧移动，因此高压能得到最高产率。
3
1. 正反应放热，因此降低温度使平衡向右移动，释放多余热量。
4
1. 结论：高压和低温能得到最高平衡产率。实际生产中，低温下反应速率太慢，因此使用带催化剂的中等温度。

5. 常见陷阱

错误做法:

认为催化剂会使平衡右移，提高产率

原因:

催化剂同等程度加快正逆反应速率，只能缩短达到平衡的时间

正确做法:

说明催化剂对平衡位置和平衡产率均无影响

错误做法:

当两侧气体物质的量相等时仍预测压强会使平衡移动

原因:

气体物质的量相等意味着压强改变对两侧的影响相同，无法产生净的抵消作用

正确做法:

说明当总气体物质的量相等时，改变压强对平衡位置没有影响

错误做法:

认为升高温度会使平衡向放热方向移动

原因:

平衡移动必须抵消改变：升高温度会增加热量，因此体系需要吸收热量

正确做法:

温度升高时平衡永远向吸热方向移动，温度降低时向放热方向移动

错误做法:

认为恒温下改变浓度会改变 $K_{c}$

原因:

$K_{c}$ 仅取决于温度，即使平衡发生移动，浓度也会调整以保持 $K_{c}$ 不变

正确做法:

说明无论浓度或压强如何改变，恒温下 $K_{c}$ 保持不变

6. 速查表

改变条件	平衡移动方向	Effect on $K_{c}$
增大反应物浓度	向右	无变化
增大生成物浓度	向左	无变化
增大总压强 ( $Δ n_{g a s} \neq = 0$ )	向气体物质的量更少的一侧	无变化
升高温度	吸热方向	改变：正反应吸热时增大
加入催化剂	不移动	无变化

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2022 · 1
预测温度改变对平衡移动的影响
2023 · 2
将原理应用于哈伯合成氨工艺
2021 · 1
催化剂对平衡的影响

下一步

勒夏特列原理是A-Level化学所有平衡主题的核心基础，从工业过程到酸碱平衡和溶解度平衡都是如此。掌握正确预测平衡移动的方法对选择题和结构化考试题都至关重要，接下来你将在此知识基础上学习计算平衡常数，解决定量平衡问题。