一切平衡都是相对的,暂时的。化学平衡也是相对的,暂时的,有条件的。当外界条件改变时,平衡就被破坏。在新的条件下,反应将向某一方向移动直到建立起新的平衡。这种因外界条件改变而使化学反应由原来的平衡状态改变为新的平衡状态的过程叫做平衡的移动。这里所说的外界条件主要指浓度、压力和温度。
改变平衡状态的条件,平衡向着减弱这种改变的方向移动,直到建立起新的平衡为止。此即化学平衡移动原理,亦称吕·查德里平衡移动原理。
本文先介绍浓度对平衡移动的影响。根据反应商J的大小,可以推断化学平衡移动的方向。浓度虽然可以使平衡发生移动,但它不能改变Kθ的数值,因为在一定温度下,Kθ值一定。当温度一定时,增加反应物的浓度或减少产物的浓度,平衡将发生移动,此时J<Kθ。平衡将向正反应方向移动,直到建立新的平衡,即直到J=Kθ为止。若减少反应物浓度或增加生成物浓度,平衡也发生移动,此时J>Kθ,平衡将向逆反应方向移动,直到J=Kθ为止。
在化工生产中,经常利用这一原理,使反应的J<Kθ,使平衡正向移动来提高反应物的转化率。
例1-21 25℃时,反应Fe2+(aq)+Ag+(aq)⇌Fe3+(aq)+Ag(s)的Kθ=2.98。溶液中含有0.1mol/dm3AgNO3,0.1mol/dm3Fe(NO3)2和0.01mol/dm3Fe(NO3)3。
(1)判断反应进行的方向,求平衡时Ag+的转化率;
(2)向上述平衡衡系统中增加Fe2+浓度,使其为0.4mol/dm3,求达到新的平衡时Ag+的总转化率。
解:(1)
J<Kθ,反应正向进行。
根据“化学平衡常数的计算”文中例1-20的结果,Ag+的转化率为12.7%。
(2)根据例1-20的结果,新的平衡如下:
Fe2+(aq)+ Ag+(aq)⇌ Fe3+(aq)+Ag(s)
开始浓度(mol/dm3): 0.4 0.0873 0.0227
变化浓度(mol/dm3): -x -x x
平衡浓度(mol/dm3): 0.4-x 0.0873-x 0.0227+x
解得: x=0.0346mol/dm3
平衡时,Ag+的总转化率:
α(Ag+)=[(0.0127+0.0346)/0.1]×100%=47.3%