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Le Chatelier's Principle : Le Chatelier's Principle regarding the "stressing" of reactions in equilibrium
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- 假設我們有反應
- A分子和B分子在動態平衡中
- 生成C分子和D分子
- 這表示正反應速率
- 等於逆反應速率
- 或者逆反應
- 這時就有了A,B,C和D的
- 平衡濃度
- 並且如果需要還可以算出
- 平衡常數
- 我會再提到它的
- 迄今爲止我好像已經說過4次了
- 正反應速率等於
- 逆反應速率
- 但並不表示所有的濃度是都一樣
- 每種分子自身的濃度
- 可以相差甚遠
- 它們只是不再改變了
- 因爲正逆反應速率是相等的
- 現在 這個反應處於平衡狀態
- 那如果我向係統中加更多A會怎麽樣？
- 記住 原來處於平衡狀態
- 濃度是一定的
- 但是突然地 我向係統中加了些A
- 所以現在 粒子A和B的含量
- 盡管我沒有向係統中
- 加入B分子
- 但含量還是稍微高了
- A和B有效碰撞的機率提高了
- A和B有效碰撞的機率提高了
- 所以正反應的可能性更大
- 所以如果向係統中加入更多A
- 你將有更多A分子
- 它們將與更多B分子碰撞
- 所以B的量會
- 減少一點點 對嗎？
- 因爲這會消耗掉一些B分子
- 而更重要的是
- C和D的量一定會增加
- 你加入A後
- 這會真的發生
- 那些A會與B碰撞
- 所以正反應速率 在這瞬間
- 會比逆反應速率大
- 所以反應會向導通方向進行
- 然後生成更多C和D
- 而其中一些很可能發生碰撞
- 而向逆向反應
- 最終 會到達一個新的平衡
- 但前提是會剩下的A會變多
- B會變少
- 因爲你沒有增加B的量
- 所以B會和加進來的A反應
- 而消耗掉
- 然後在新平衡中得到更多的
- C和D
- 你可以想象一下 如果同時增加A和B
- 假設我們也增加了B
- 那麽反應會
- 更劇烈地導通方向進行
- 我認爲這不是世界的一個驚人之處
- 我認爲這是顯而易見的
- 如果你通過增加這邊的量
- 來推動反應
- 自然地平衡會向減弱變化的
- 方向移動
- 所以如果你加入A
- 就有更多A和B碰撞
- 然後向導通方向進行
- 或許這會消耗一點B
- 如果你增加這兩個的量
- 整個平衡將向導通方向移動 同樣地…
- 我重新寫一下這個反應吧
- 我會換個顏色
- A和B在動態平衡中生成C和D
- 如果我加入更多C
- 我想你懂的
- 將會發生什麽？
- 嗯 A和B會增加
- 而且將額外消耗一點D
- 如果你同時加入C和D
- 那麽當然 也會得到更多A和B
- 這種變化 不用想也知道
- 但是它有一個特別的名字 叫作…
- 我應用大寫字母L
- 勒夏特列原理
- 如果你已經看過很多集
- 你應該知道我對拼寫很小心
- 而它所闡述的就是
- 當你改變影響平衡的一個因素
- 反應將朝著
- 減弱這種改變的方向移動
- 當說起改變反應
- 就像加入更多A
- 那麽反應將朝著
- 減弱這種改變的導通方向移動
- 雙引號 “改變”
- 減弱A的增加
- 我的意思是 這改變不是傳統意義上的
- 壓力
- 而是一種推動
- 是你用某種相關方法影響它
- 那是很溫和的
- 在一個溫和穩定的環境中
- 那麽已知勒夏特列原理
- 我們來看一些其它例子
- 假設A和B再加上一些熱量
- 生成C和D
- 或許也生成一些E
- 那麽如果我給係統提供熱量
- 會怎麽樣呢？
- 那麽爲了使反應
- 向導通方向進行 你需要熱能
- 你提供的熱能越多
- 反應越可能
- 向導通方向進行
- 所以勒夏特列原理解釋道
- 通過加熱改變反應
- 反應將會朝著
- 減弱這種改變的方向進行
- 而你輸入更多了這些
- 爲了減弱這種改變
- 那麽就會消耗更多A
- 所以一旦達到平衡
- A的濃度就會下降
- B也會減少 因爲它們更多的是被消耗
- 正反應強於逆向反應
- 然後C、D和E會增加
- 現在 如果做相反的事
- 讓我擦掉剛剛寫的
- 假設不是提供熱量
- 而是帶走熱量
- 那我們假設帶走熱量
- 讓我確認一下光標的方向是對的
- 那麽如果你減少係統的熱量
- 反應會怎麽變化？
- 那反應將朝著
- 另一個方向進行
- 因爲熱量減少了
- 我想說 這是個整體
- 反應呈現的熱量少了
- 所以逆速率就開始比正速率大
- 對嗎？ 如果減少熱能
- 正反應速率將下降
- 逆反應速率將增大
- 所以逆向濃度增大了
- 所以逆向濃度增大了
- 或者促進了逆反應
- 現在 我們來看另一個影響平衡的因素
- 壓力
- 現在 想象一下我們已經…
- 之前我們提到過哈柏制氨法
- 而這就是哈柏制氨法的反應
- 氮氣(N2)加3mol氫氣(H2)
- 在動態平衡中生成2mol氨氣(NH3)
- 現在 如果給係統加壓
- 會發生什麽？
- 我增大壓力
- 想象一下壓力的改變
- 突然所有東西都被壓縮了
- 盡管體積並沒有減小
- 但有些東西
- 讓所有分子都想要
- 或者說強迫它們彼此靠近
- 現在 它們都擠在一起
- 如果分子數減少
- 壓力的增大就會被減弱
- 以這種方式思考一下
- PV等於nRT
- 我們學過這個式子幾次了 對嗎？
- 然後可以寫出P=nRT/V
- 現在 如果我增大壓力
- 我們怎樣才能減弱這變化呢？
- 記住 勒夏特列原理解釋道
- 反應會移動
- 來減弱這種改變
- 反應將朝著減弱這種改變的
- 方向進行
- 那麽 如果減少分子的數目
- 壓力就會降低 對嗎？
- 那麽就會有少一些東西相互障礙跳動
- 所以如果分子數變少
- 也可以看成
- 嗯… 我不應該這樣寫
- 因爲這兩者不等同
- 但是我想讓你建立這種思維
- 讓我把這些擦掉
- 這可能不是最好的直觀認識
- 如果這有一個容器
- 啊 太雷人了
- 如果… 唉 還是一樣
- 如果有一個容器
- 然後我給它加壓
- 在一個裏有2mol的…
- 假設在這容器裏有4mol分子
- 假設是混合分子 而在另一個裏
- 只有2mol分子 對嗎？
- 反應就是這兩者間的轉化
- 這4mol混合分子生成這2mol分子
- 其實 我用上面這個例子吧
- 假設氮氣分子
- 是藍色這個
- 嗯 我換個顏色好了
- 用褐色來畫
- 它和3mol氫氣混合 然後生成這個
- 所以這是這個反應的另一種表達
- 或許是更直觀的的方式
- 現在 如果加壓
- 如果給係統加壓
- 那麽可以想象壓力
- 就像是從四面八方壓榨每寸地方
- 這時什麽情況更可能
- 減弱這個改變呢？
- 嗯… 答案是
- 到處蹦跳的分子數目減少
- 因爲這樣更容易適應
- 或者把它們壓縮在一起
- 比有更多到處蹦跳的分子更好
- 我講得不是很清晰
- 但我想你有了直觀認識
- 所以如果給係統加壓
- 如果壓力增大 你用…
- 這並不意味著壓力下降了
- 而意味著壓力加進了係統
- 而壓力增大
- 哪個方向的反應會被促進呢？
- 這將會促進
- 分子減少的方向的反應
- 這邊有2mol氣體
- 盡管明顯這分子更大一些
- 因爲質量沒有減少
- 正逆方向中
- 相對於
- 有4mol氣體的這邊 對嗎？
- 1mol氮氣和3mol氫氣
- 回到原來我們以前
- 處理動態平衡問題的思維
- 想象一個類似這樣的反應
- 爲了說明勒夏特列原理的例子
- 和學平衡常數的例子
- 是一樣的
- 那麽假設有2mol
- 或化學計量數爲2
- 2mol氣態A和氣態B
- 生成氣態C並達到平衡
- 假設這是最初的平衡狀態
- A的濃度是2molar
- 或物質的量濃度是2
- B的濃度是6molar
- 而C的濃度是8molar
- 那平衡常數是多少呢？
- 平衡常數是生成物
- C的濃度
- 8molar除以2molar的平方
- 因爲這個計量數 2的平方乘以6
- 那就等於8/24 也就是1/3
- 現在 假設加入更多A
- 而我不想精確說有多少
- 這樣算起來會很複雜
- 這樣算起來會很複雜
- 但是假設加入A以後
- 將有一個新濃度
- 現在 假設A的濃度是3molar
- 你可能說 難道你加入了1molar？
- 錯
- 事實上我加入的要多於1molar
- 實際上啊 無論我加多少
- 都會使反應向右進行
- 或者說導通方向移動
- 所以它會被消耗一點
- 在正反應裏
- 但是無論如何都會剩余
- 所以向係統中加入的應該
- 比1molar多
- 但是比1多的那部分被消耗了
- 而平衡濃度就是3了
- 所以我未必加入了1molar
- 增加的應該更多
- 那假設C的新平衡濃度是12molar
- 這與我們所說的一致
- 應該生成…
- 如果增加了A
- 那C的濃度應該增大
- 然後直覺是
- B的濃度應該降低一點點
- 因爲B要被消耗
- 因爲它會發生碰撞
- 或者說更可能與A分子
- 發生碰撞
- 那我們看看B的新濃度是多少
- 要記住 平衡常數保持不變
- 所以現在平衡常數
- 等於C的濃度 對嗎？
- 反應是這個
- 也就是12molar
- 哎呦
- 在這不必寫單位
- 除A的新濃度 也就是3
- 但是記住這個反應
- A的化學計量數是2
- 所以3的平方
- 乘以B的新濃度 對嗎？
- 這計量數是1
- 所以我不必擔心指數
- 然後我們來解這式子吧
- 所以1/3等於12除以9B
- 那如果我們交叉相乘
- 9乘以B的濃度
- 等於3乘以12 就是36
- 然後兩邊除9
- B的新濃度是4 或4molar
- 所以B等於4molar
- 所以那是說得通的
- 我們向反應中加入了一些A
- 開始時是2molar A
- B是6molar C是8molar
- 當我們增加A 而且增加了許多
- 平衡向導通方向移動
- 或許它來回移動了一點
- 但是最後穩定在3molar A 12molar C
- C增加了 那是必然的
- 注意 B的穩定濃度
- 減少了
- 而這與我們之前的想法的是一致的
- 反應向導通方向移動了
- 生成了更多C
- 同時也消耗了B
- 所以無論如何 希望現在你對
- 平衡移動和勒夏特列原理
- 有一些認識