探讨加入惰性气体对化学平衡的影响.doc

加入惰性气体对化学平衡的影响 首先应当指出：这里的惰性气体泛指不参与某反应的气体。除了通常所说的氦、氖、氩、 氪、氙等惰性气体之外，还要視具体情况而决定。例如：在烷烃的裂化过程中充入水蒸气，合成 氨反应中充入甲烷，二氧化硫的催化氧化中充入氮气等都看作惰性气体。 在气体反应达到平衡后加入惰性气体，或在反应的原料气中混有惰性气体会不会影响化学平衡。从有些题目的解答中发现答案是错误的。既由于惰性气体不参加反应，所以对化学平衡无影响。这样的回答不够准确，同时也不够完全。因为解答这类型问题时，首先要看容器的体积、容器内的压强、平衡混合物中各组成成分的浓度及分压等条件是否发生改变，然后視具体情况的变化作出回答。下面我们通过计算和平衡移动原理加以讨论。 一、 通过计算讨论 1、温度和容器的体积不变，加入惰性气体后容器内压强增大 例如：某温度下，一定量的PCl5气体在101.325kPa下部分分解为PCl3和Cl2，达到平衡时，混合气体的体积为1dm3，PCl5的离解度为50%。若保持容器体积不变通入氮气，使容器内的压强增大到202.650kPa，问此时PCl5的离解度将怎样变化（假定所有气体都为理想气体）？ 解：设所用PCl5 气体物质的量为1mol， PCl5 PCl3 + Cl2 起始物质的量： 1 0 0 变化物质的量： 0.5 0.5 0.5 平衡物质的量： 0.5 0.5 0.5 平衡总物质的量：0.5+0.5+0.5=1.5mol 通入氮气容器体积不变，压强增大一倍，则容器内混合气总的物质的量增大一倍。 容器内总物质的量为：1.52=3mol 设：通入氮气后PCl5的离解度为x PCl5 PCl3 + Cl2 起始物质的量： 1 0 0 变化物质的量： x x x 平衡物质的量：1-x x x 整理得：202.650x2 +101.325x 101.325 = 0 解得：x1= - 1.0 不合题意，舍去 x2= 0.5 即：加入惰性气体后PCl5的离解度为非作歹50% 。 由此看来，在温度和容器体积不变的条件下加入惰性气体，无论对反应体积缩小，还是体积增大，还是体积不变的任何气体反应的化学平衡体系来说，平衡都不发生移动。 2、温度和容器内压强不变，加入惰性气体后容器的体积增大 例如：反应N2O4 2NO2 在60时Kp =1.34105Pa，试求在60及总压1.01105的条件下： （1） 纯N2O4气体的离解度， （2） 在1molN2O4与2mol惰性气体的混合气体中N2O4的离解度。 解：（1）设：纯N2O4的离解度为x，所用N2O4物质的量为1mol, N2O4 2NO2 起始物质的量： 1 0 变化物质的量： x 2x 平衡物质的量： 1-x 2x 平衡混合物总的物质的量：(1+x)mol, 整理得：5.33x2=1.33 解得：x=0.5 即：纯N2O4的离解度为50% （2）设：在1molN2O4和2mol惰性气体的混合气体中N2O4的离解度为x N2O4 2NO2 起始物质的量： 1 0 变化物质的量： x 2x 平衡物质的量：1-x 2x 平衡混合物中总的物质的量：(1+x)mol 加入惰性气体后容器中混合物总的物质的量为：(1+x)+2=(3+x)mol, 整理得：5.33x2+2.66x-3.99 = 0 解得：x1 = - 1.15 不合题意，舍去 x2 = 0.651 即：加入惰性气体后N2O4的离解度为65.1% 。 至此，在温度和容器内压强不变的条件下加入惰性气体： 对于反应后体积增大的反应来说，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率升高。 对于反应后体积缩小的反应来说，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。 对于反应前后体积无变化的反应来说，平衡不移动。 二、 利用平衡移动原理讨论 1、温度和容器的体积不变，加入惰性气体后容器内的压强增大 反应达平衡后加入惰性气体，由于容器的体积不变，对平衡混合物中的各组成成分（除惰性气体）来说，其浓度和分压均未发生改变。根据平衡移动原理，改编了压强，但平衡混合物的分压没有改变。也就是说，加入惰性气体，无法减弱压强的增大。所以无论对反应后体积增大或减小，还是体积无变化的任何气体反应来说，当温度和反应容器的体积不变时，加入惰性气体对化学平衡都无影响。即化学平衡不发生移动。反应物的转化率不变。 2、温度和容器内压强不变，加入惰性气体后容器内气体体积增大 反应达平衡后加入惰性气体，由于容器内压强不变，容器内的气体体积增大，则平衡混合物中各组成成分（除惰性气体）的分压之和减小。根据平衡移动原理，压强减小，平衡将向着压强增大的方向移动（压强增大即减弱了压强的减小）。如何使体系的压强增大呢？如果体系内的分子数目增加则压强增大。即平衡向着气体分子数目增加的方向也就是向着气体体积增大的方向移动。 所以，当温度和容器内的压强不变时，加入惰性气体： 对于反应后体积缩小的反应来说，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。 对于反应后体积增大的反应来说，平衡向正反应方