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许多化学反应不会朝单一方向彻底完成,而是正反应与逆反应同时进行,最终达到一种被称为平衡的状态。
勒夏特列原理是指当对处于平衡状态的体系施加浓度、温度、压力等变化时,平衡会向抵消该变化的方向移动。例如增加反应物,平衡就会向消耗该反应物的方向,即正反应方向移动,从而建立新的平衡。
对于释放热量的放热反应,升高温度会使平衡向吸热的逆反应方向移动,导致生成物减少;反之降低温度则使平衡向正反应方向移动。这是因为体系会把温度变化本身视为热量的进出,并向抵消其影响的方向移动。
提高反应物浓度会使平衡向消耗该反应物、生成更多产物的方向移动;而降低生成物浓度(持续移除)则会使反应持续向正反应方向进行。正因如此,工业上常通过过量加入反应物或持续移除生成物的方法,来尽可能多地获得所需产物。
在有气体参与的反应中,增大压力会使平衡向气体分子数较少的一侧移动以减小体积(压力),而降低压力则会使平衡向气体分子数较多的一侧移动。这是勒夏特列原理的另一个例子,即平衡会向抵消外部压力变化的方向移动。
平衡常数K表示在一定温度下达到平衡时生成物与反应物浓度的比值,反映该反应向生成物方向进行的程度。K值非常大意味着平衡时生成物占绝大多数,反之K值非常小则意味着反应物大多未反应。
碳酸饮料瓶盖拧紧时,瓶内二氧化碳气体与溶于水中的二氧化碳之间维持着平衡,而打开瓶盖使压力降低,平衡就会被打破,气体逸出形成气泡。我们体内血红蛋白与氧气结合、分离的过程,也是遵循化学平衡原理的生理反应。
许多化学反应不会朝一个方向彻底完成,而是在正反应与逆反应同时进行的过程中停留在平衡状态。了解化学平衡的原理,能帮助理解从碳酸饮料的气泡,到工业生产中尽可能多地获得所需产物的方法等诸多现象。
影响平衡的浓度可以用摩尔浓度精确表示。摩尔与摩尔浓度的基本计算方法,是与本主题密切相关、值得一并了解的内容。
不会,反应仍在持续进行。只是正反应与逆反应的速率相同,使反应物与生成物的浓度看起来不再变化,因此这被称为动态平衡。
不会,催化剂只是以相同比例加快正反应与逆反应的速率,让体系更快达到平衡,但不会改变平衡状态下的浓度比(平衡常数)。