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選 擇 性 必 修 一
學
化
J
S
第三單元 化學平衡的移動
3 溫度變化對化學平衡的影響
將CoCl2溶于濃鹽酸中能形成[CoCl4 ] 2－，溶液中存在如下平衡：
基礎實驗
探究溫度對化學平衡移動的影響
取一支試管，向其中加入少量氯化鈷晶體（CoCl2·6H2O），再逐滴加入濃鹽酸至晶體完全溶解，然后滴加水至溶液呈紫色為止。將所得溶液分裝于三支試管中，并分別置于熱水、冰水和室溫條件下，觀察實驗現象，把觀察到的現象填入表2-13。
試根據實驗事實說明：升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動還是向放熱反應方向移動？
大量實驗研究表明，在其他條件不變的情況下，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動；降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動。
通過分析濃度、壓強、溫度三大因素對化學平衡移動的影響，綜合得出如下結論：
增大（減?。┓磻餄舛然驕p?。ㄔ龃螅┥晌餄舛?，平衡向正（逆）反應方向移動；
通過改變容器體積，增大（減?。w系壓強，平衡向氣態物質減少（增多）的方向移動；
升高（降低）體系溫度，平衡向吸（放）熱反應方向移動。
可見，改變影響化學平衡的一個因素，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。這就是著名的“勒夏特列原理”，也稱為化學平衡移動原理。
勒夏特列與化學平衡移動原理
科學史話
勒夏特列是一位法國化學教授，曾擔任過礦業工程師。當時，如何使煉鐵高爐中的一氧化碳盡可能反應完，一直是煉鐵工程師心中的未解之謎。對高爐氣的分析表明，逸出氣體中還存在一定量的一氧化碳。有人試圖將爐子加高使反應完全，結果無濟于事。
勒夏特列提出煉鐵反應是一個可逆反應，必須研究其平衡的條件。在他深入研究溫度對化學平衡的影響時，同時代的化學家范霍夫發現，溫度升高時化學平衡向使體系溫度降低的方向移動。1884年，勒夏特列根據大量事實和已有研究基礎，提出了“化學平衡移動原理”，成功地解釋了高爐煉鐵反應和其他的一些氣相反應不完全的原因。1888年，勒夏特列又用簡潔的語言闡明了這一原理：“每一種影響平衡因素的變化，都會使平衡向減弱這種影響的方向移動。”為紀念勒夏特列的貢獻，后人將化學平衡移動原理命名為“勒夏特列原理”。
勒夏特列還是研究合成氨反應的先驅。1900年，勒夏特列運用化學平衡移動原理推算，以氮氣、氫氣為原料在高壓下可以生成氨?？上У氖?，因原料氣中混有少量空氣，導致實驗中發生爆炸，在未查明事故原因前他就放棄該項研究，錯失了更偉大的科學發現。
化學平衡移動原理的提出，為化學反應獲得較高產量提供了重要的理論基礎，在化工生產中得到了廣泛的應用。例如，在合成氨工業中，人們就充分應用化學平衡移動原理來選擇和優化反應條件，改進工藝和裝置，提高氨的產率。
選擇決策
1909年，德國化學家哈伯在一定條件下將N2和H2直接化合成氨：
這是一個放熱反應。當產生少量氨氣后，反應就達到了平衡狀態。哈伯和他的合作者們希望通過影響化學平衡移動來增加平衡時氨的產量，綜合考慮各種因素，最終研制出一套切實可行的方案，也稱為合成氨工藝或哈伯工藝（圖2-23）。
后來，化學工作者在實際生產中嘗試通過各種措施來努力提高合成氨的生產效率。請你利用有關知識分析、論證這些措施是否可行，并說明理由。
1.在反應器中注入過量的N2。
2.采用適當的催化劑。
3.在高壓下進行反應。
4.在較高溫度下進行反應。
5.不斷將氨液化，并移去液氨。
在實際生產過程中，工藝條件的選擇往往會受到反應原料、反應溫度和壓強、反應速率、反應限度、催化劑選擇、裝置設備、產物分離、環境保護等諸多因素的制約。在不同的化工生產中，對這些因素的要求往往是各異的，并非與化學平衡移動原理所預測的結果一致。此時，必須針對不同的生產實際進行具體分析，綜合考慮各種因素的影響，比較、權衡后設計最優的工藝方案。
化學平衡原理的廣泛適用性
學科提煉
在對化學反應的研究中發現，化學平衡是一個涵蓋面很廣的概念，無論何種類型的化學反應，無論在氣相、液相或固相中發生的化學反應，只要達到化學平衡，均可應用化學平衡概念、化學平衡移動原理去解釋有關的化學反應現象。如后續即將討論的在溶液中發生的電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等。
衡量上述平衡可用不同的平衡常數來表達，如水的離子積常數Kw、弱酸的電離常數Ka、難溶電解質的沉淀溶解平衡常數Ksp等。但它們的本質與化學平衡常數K一樣，僅隨溫度的變化而改變，都可以用來表示上述過程的限度，K越大，正向進行的程度也越大。有關化學平衡和平衡轉化率計算的規則，在不同的平衡中均可適用。
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