在化学的奇妙世界里,化学反应并非总是 “一条道走到黑”。很多时候,反应会达到一种看似静止,实则暗流涌动的状态 —— 化学平衡。而当外界条件发生变化时,这种平衡就会被打破,进而发生化学平衡移动。今天,就让我们一同深入探究这一充满趣味与奥秘的化学现象。

一、化学平衡:动态中的稳定

首先,得了解什么是化学平衡。以经典的可逆反应N2+3H2⇌2NH3(合成氨反应)为例,在一定条件下,氮气和氢气开始反应生成氨气,随着反应进行,氨气浓度逐渐增加,同时氨气也会分解变回氮气和氢气。当正反应(氮气和氢气生成氨气)速率与逆反应(氨气分解为氮气和氢气)速率相等时,体系中各物质的浓度不再改变,此时反应就达到了化学平衡状态。但要注意,这并不是反应停止了,而是正、逆反应在持续进行,只是二者速率相等,宏观上看起来各物质浓度不变,就像在跑步机上跑步,虽然脚步不停,但相对于跑步机外的世界位置没动,这是一种动态平衡。

二、打破平衡:化学平衡移动的发生

当外界条件,如温度、压强、浓度发生改变时,化学平衡就会被打破,发生移动。

1,浓度的神奇力量:在其他条件不变时,增大反应物浓度,正反应速率瞬间增大,而逆反应速率暂时不变,正反应速率大于逆反应速率,平衡就向正反应方向移动,以消耗增加的反应物,重新建立新的平衡。比如在FeCl3+3KSCN⇌Fe(SCN)3+3KCl

这个反应中,如果向体系中加入更多的FeCl3,溶液颜色会明显变深,这是因为平衡向生成Fe(SCN)3
(血红色物质)的正反应方向移动了。同理,减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡就会向逆反应方向移动。

2,压强的影响:对于有气体参加且反应前后气体分子数变化的反应,压强变化会影响平衡。增大压强(通常通过压缩气体体积实现),相当于增大了各气体物质的浓度,反应朝着气体体积减小的方向移动。以

2NO2(g)⇌N2O4(g)为例,NO2是红棕色气体,N2O4是无色气体。当压缩装有这两种气体的注射器时,压强增大,平衡向生成N2O4的方向移动,气体颜色变浅。反之,减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动。但如果反应前后气体分子数不变,像H2(g)+I2(g)⇌2HI(g),改变压强对平衡就没有影响,因为压强变化对正、逆反应速率影响程度相同。

3,温度的作用:温度对平衡的影响与反应的热效应有关。升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。例如在2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)(正反应放热)这个反应中,升高温度,平衡向逆反应(吸热方向)移动,SO2和O2的转化率降低;降低温度,平衡向正反应方向移动,更有利于SO3的生成。

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