单击此处阅读化学平衡第 I 部分:解决标准 A Level/Prelims 考试问题
勒夏特列原理首先在中学教授,并在 A Level 化学中进行了更深入的研究。虽然许多人都知道其原理是什么,但很少有人真正了解它是如何影响温度变化的。
温度对可逆反应的影响可以通过平衡位置的变化和平衡常数 K(Kc 或 Kp,如果分别以浓度或分压表示)的值来看出。
考虑可逆反应:
kf | |||
甲+乙 | ⇌ | C | ΔH>0 |
kb |
其中 kf 和 kb 分别是前向和后向速率常数。
考虑平衡位置温度的升高。
我们许多人都知道平衡位置向右移动。
A level化学老师的理由:
根据勒夏特列原理,当施加热量来升高温度时,反应将向前移动(吸热)以吸收热量。
替代原因(动力学角度):
当温度升高时,前向和后向速率常数增加,根据阿伦尼乌斯方程:
k = Ao exp (-Ea/RT)
在哪里
k = 速率常数; Ao = 频率因子; EA=活化能; R = 气体常数; T = 温度, exp = 指数(或 e)
我们有时听到或读到一些文献说,对于每一个 温度改变10 ℃ ,反应速率加倍。真的吗?
出色地, 这并非总是如此!
如果我们对阿伦尼乌斯方程进行 ln 运算,我们会得到
ln k = ln Ao – (Ea/R)(1/T)
将 ln k 与 1/T 作图,得到以 ln Ao 为 y 轴截距,以 -Ea/R 为梯度的图 。注意到 EA 影响图表的梯度了吗? EA 值越高,反应对温度变化越敏感。
因此,由于吸热反应比放热反应具有更高的 EA 值,因此温度变化对吸热反应的影响比对放热反应的影响更大!
回到本文开头的可逆反应,我们注意到 kf 是 k内切 kb 是 k exo 。因此,温度升高 kf 的增加量大于 kb。
这意味着 NET 反应是正向的,这和我们 A level 化学老师教给我们的典型原因是一样的结论!
考虑温度增加平衡常数 K 的值
A Level化学教师讲解:
kf | |||
甲+乙 | ⇌ | C | ΔH>0 |
kb |
自从
Kc= | [C] ———— [甲][乙] |
温度升高会使平衡位置向右移动(上一节)。
这会增加 [C] 并减少 [A] 和 [B],因此 Kc 增加。
这个解释听起来有说服力吗?
您是否问过自己,为什么任何反应物或产物(例如上例中可逆反应中的 A、B 或 C)的浓度变化不会改变 K 值?
替代原因(热力学角度):
1884 年,JB van't Hoff 提出了可逆反应的平衡常数 K 与反应温度 T 之间的关系:
d (ln·K) ———— dT |
= |
ΔH |
著名的如何 范特霍夫方程让我们得出与我们的 A Level 老师教给我们的结论相同的结论, 但以更有说服力的方式?
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