影响化学平衡的因素

当反应物和产物的浓度不随时间变化时，称它们处于平衡状态。某些可观察属性（例如压力、密度等）的稳定性可以用来识别这种状态。物理平衡是物理过程中建立的平衡。化学平衡是化学过程中处于平衡状态的状态。

系统的温度、压力和浓度都是影响平衡的因素。当这些因素之一发生变化时，系统的平衡就会被破坏，系统会重新调整自身，直到恢复平衡。以下部分将介绍影响平衡的一些最重要的方面。

化学平衡

Chemical equilibrium is the state of a system in which the concentration of the reactant and the concentration of the products do not change over time and the system’s properties do not change. When the rate of the forward reaction equals the rate of the reverse reaction, the system reaches chemical equilibrium.

在化学平衡中，正向反应的速率等于反向反应的速率。所以它指的是反应物和产物浓度不随时间波动的系统状态。

之后，系统的属性将不再变化，而是变得恒定。当反应物和产物的浓度由于正向和逆向反应的相同速率而没有变化时，系统被认为处于动态平衡状态。

影响平衡的因素

法国化学家 Le-Chatelier 和 Braun 提出了一些概括来解释温度、浓度或压力变化对平衡系统状态的影响。当这些参数之一发生变化时，系统的平衡就会被破坏，系统会重新调整自身，直到恢复平衡。勒夏特列原理是泛化的名称。

Le-Chatelier’s principle might be described as: ”a change in any of the components that determine a system’s equilibrium conditions will move the equilibrium in such a way that the effect of the change is reduced or counteracted”.

该原理对于定性预测浓度、压力或温度变化对平衡系统的影响非常有用。化学和物理平衡都受此原理支配。系统的温度、压力和浓度都是影响平衡的因素。以下部分将介绍影响平衡的一些最重要的因素。

浓度变化

当平衡反应中任何反应物或产物的浓度发生变化时，平衡混合物的组成会发生变化，以使浓度变化的影响最小化。根据勒夏特列原理，

• 消耗添加的物质的反应降低了添加的反应物或产物的浓度。
• 在补充所提取物质的方向上的反应降低了所去除的反应物或产物的浓度。

可以得出结论，增加一种或所有反应物种类的浓度会导致平衡向前移动，从而导致更多产物的形成。当一种或多种产物物质的浓度增加时，平衡会向后移动，导致更多反应物的形成。因此，当反应物或产物的浓度发生变化时，化学平衡混合物的组成会发生变化。

温度变化

根据勒夏特列原理，如果一个平衡系统的温度升高，即供热时，平衡将向增加热量的方向移动。随着温度的升高，平衡将朝着吸热反应的方向移动。另一方面，温度的降低将使平衡向产热方向移动，有利于放热反应。根据 Le-Chatelier 原理，温度对化学平衡的影响由反应的符号 ΔH 决定。

• 随着温度升高，放热反应的平衡常数降低。
• 吸热反应的平衡常数随温度升高而增加。

除平衡常数外，反应速率还受温度变化的影响。

压力变化

体积变化，从而导致压力变化。由于气态反应物和产物的总数现在不同，压力的变化会影响气态反应。如果气态反应物和产物的摩尔数不变，则压力对平衡没有影响。根据 Le-Chatelier 原理，液体和固体中的压力变化在非均相化学平衡中可以忽略不计，因为溶液的体积实际上与压力无关。结果，体积的变化以下列方式影响平衡：

• 当压力增加时，反应逆转，因为反应物一侧的气体摩尔数减少。
• 当压力降低时，反应继续进行，因为产物侧的气体摩尔数减少。

体积变化

由于压力的增加导致体积的减少，体积变化的效果将与压力变化的效果完全相反。因此，体积的变化对平衡有以下影响：

• 当处于平衡状态的气体混合物的体积减小时，平衡向气体分子数量较少的方向移动。
• 当平衡气体混合物的体积增加时，平衡向更多气体分子的方向移动。

催化剂的作用

平衡不受催化剂的影响。这是因为催化剂同样有利于正向和反向反应。结果，正反向速率比保持不变，平衡时存在的反应物和产物的相对数量没有净变化。因此，催化剂对平衡位置没有影响。

因此，催化剂对化学平衡没有影响。它只是加速反应。一般来说，催化剂可以加速正向和逆向反应。因此，反应更快地达到平衡。

在催化或非催化反应中，相同数量的反应物和产物将处于平衡状态。催化剂的存在通过允许其通过反应物到产物的低能量过渡态进行，从而简单地帮助反应。

添加惰性气体的效果

根据条件，向平衡中添加惰性气体具有以下效果。

• 以恒定体积添加惰性气体 - 当向平衡系统中添加恒定体积的惰性气体时，总压力会增加。另一方面，反应物和产物的浓度将保持不变。因此，在这些条件下不会对平衡产生影响。
• 在恒定压力下添加惰性气体 -当在恒定压力下，将惰性气体添加到平衡系统中时，体积会增加。结果，各种反应物和产物的每单位体积的摩尔数将减少。因此，平衡将有利于气体摩尔数的增加。

示例问题

问题 1：在 27°C 和 127°C 时，反应平衡常数分别为 1.6 × 10 ^-3和 7.6 × 10 ^-2 。这是吸热反应还是放热反应？

回答：

An endothermic reaction’s equilibrium constant increases as the temperature increases. Given that the equilibrium constants have increased with temperature from 1.6×10^-3 to 7.6×10^-2, so the reaction is endothermic in the forward direction.

问题 2：“动态平衡”一词对化学平衡有何意义？

回答：

An equilibrium stage is defined as the stage where the rate of the forward response equals the rate of backward reaction. The number of reactant molecules converting to products and product molecules converting to reactants is the same at this point. Chemical equilibrium is dynamic because the same equilibrium can be achieved with the same reactants in identical conditions anywhere with continuous molecule exchange.

问题3：当达到平衡时，正向和反向反应速率会发生什么变化？

回答：

When equilibrium is reached, the rate of the forward reaction equals the rate of the backward reaction.

问题4：在催化剂存在的情况下，平衡反应会向哪个方向移动？

回答：

The rate of the forward and backward reactions is equally favored by a catalyst. As a result, the presence of a catalyst has no effect on the equilibrium.

问题5：如果升高以下反应的温度，平衡将向哪个方向移动？

N ₂ O ₄ (g) ⇌ 2NO ₂ (g) ΔH=+57.2

回答：

This process is endothermic since the given heat of reaction is positive. So, increasing the temperature, according to Le Chatelier’s principle, will shift the equilibrium to the right, producing more NO₂.