勒夏特列原理的“三步判斷法”及應(yīng)用條件

姜顯光+鄭長龍

摘要：總結(jié)了勒夏特列原理應(yīng)用的“三步判斷法”。目的：阻礙影響化學平衡移動的條件的改變；方法：化學平衡的移動；結(jié)果：阻而不止。勒夏特列原理的應(yīng)用條件。應(yīng)用范圍：化學熱力學平衡體系；應(yīng)用目的：定性判斷化學平衡移動的方向；影響因素：影響化學反應(yīng)速率的外部因素；因素改變：改變影響化學反應(yīng)速率的“一個”外部因素。

關(guān)鍵詞：勒夏特列原理；化學平衡；三步判斷法；應(yīng)用條件；中學化學教學

文章編號：1005–6629（2017）5–0092–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在高中“化學平衡”主題教學中，勒夏特列原理是定性判斷化學平衡移動的主要理論依據(jù)，是教學的重點和難點，也是學生學習的難點。在實際教學中，往往只停留在“勒夏特列原理”名詞本身，只知其名，不知其實；在應(yīng)用過程中，勒夏特列原理完全被拋在一邊，機械性地背了一些經(jīng)驗規(guī)律，如濃度、溫度、壓強改變后，平衡如何移動。幾十年來不斷有化學家和化學教育工作者提到勒夏特列原理的不足之處[1]。教師和學生如何能輕松、準確地應(yīng)用該原理呢？在教學和應(yīng)用過程中必須解決兩個主要問題：勒夏特列原理在實踐中如何應(yīng)用？勒夏特列原理的應(yīng)用條件是什么？

1 如何應(yīng)用勒夏特列原理——三步判斷法

在人教版高中化學選修四中關(guān)于勒夏特列原理的描述為：“如果改變影響平衡的因素之一（如溫度、壓強，以及參加反應(yīng)的化學物質(zhì)的濃度），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。[2]”勒夏特列原理是一條經(jīng)驗性的定律，用來定性地判斷化學平衡移動。原理的描述呈現(xiàn)了大量的信息，需要教師和學生能夠正確地解讀信息?！叭绻淖冇绊懫胶獾囊蛩亍闭f明改變的因素必須是能夠影響平衡的因素，“之一”說明在影響化學平衡的諸多因素中，一次只能改變其中的“一個”因素，“如溫度、壓強，以及參加反應(yīng)的化學物質(zhì)的濃度”說明影響化學平衡移動的因素主要有溫度、壓強、濃度，“減弱這種改變”是原理的目的，“平衡將向著……移動”是達到目的的方法或手段。在認識勒夏特列原理的目的和方法后，學習者要問減弱（阻礙）的結(jié)果如何？結(jié)果是阻而不止。因此，學習者在應(yīng)用勒夏特列原理時要正確識別影響因素的改變，通過“三步判斷法”完成對勒夏特列原理的應(yīng)用?！叭脚袛喾ā保ㄒ妶D1）就是正確分析原理的目的是什么？采用什么樣的方法達到目的？結(jié)果如何？第一步，目的：阻礙（減弱）影響化學平衡移動的條件（因素）改變；第二步，方法：通過化學平衡移動；第三步，結(jié)果：阻而不止。

反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度是影響化學平衡移動的因素之一。反應(yīng)物二氧化氮濃度增大，根據(jù)勒夏特列原理三步判斷法，目的：阻礙（減弱）二氧化氮濃度的增大，方法：化學平衡向正反應(yīng)方向移動，結(jié)果：阻而不止。也就是，充入二氧化氮，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，使反應(yīng)物濃度降低，但是，這將增大生成物四氧化二氮的濃度，阻礙反應(yīng)物濃度的進一步降低，達到新的平衡，結(jié)果是二氧化氮的濃度要比第二次充入二氧化氮前的原平衡狀態(tài)的濃度大。因為在等溫等容條件下，二氧化氮濃度恢復到原來的濃度，產(chǎn)物四氧化二氮的濃度將增到最大，反應(yīng)將向逆反應(yīng)方向進行，所以，反應(yīng)必然是使二氧化氮的濃度減低，但不能完全恢復到第二次充入二氧化氮前的原平衡濃度。單獨改變溫度、壓強的分析方法同上。

2 勒夏特列原理的應(yīng)用條件

任何原理、定理、定律等的應(yīng)用都是有條件的，滿足什么樣的條件，將必然得出相對應(yīng)的結(jié)論。勒夏特列原理也不例外，在應(yīng)用過程中需要明確辨析條件的改變，確定在何種條件下應(yīng)用勒夏特列原理。

2.1 應(yīng)用范圍：化學熱力學平衡體系

化學熱力學平衡體系是建立在化學熱力學基礎(chǔ)上，有化學物質(zhì)參與達到平衡的體系，既包括可逆的化學過程平衡，也包括一些可逆的物理過程平衡，如：糖類溶解于水達到平衡。因此，不僅包括化學反應(yīng)平衡，也包括溶解過程平衡、沉淀溶解平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、鹽類水解平衡等，其共同特征為：以化學熱力學為基礎(chǔ)，在一定條件下，平衡體系同時向正、反兩個方向進行，當正向速率等于逆向速率時，平衡體系中參加反應(yīng)的各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量分數(shù)、顏色等不發(fā)生變化。

2.2 應(yīng)用目的：定性判斷化學平衡移動的方向

勒夏特列原理只能判斷外部因素的改變對正、逆反應(yīng)速率影響的變化總體趨勢，即定性判斷，但是不能確定影響程度的大小，也就是無法定量判斷。

保持溫度不變，增加體系壓強。根據(jù)勒夏特列原理“三步判斷法”，目的：阻礙（減弱）體系壓強的增大；方法：平衡向氣體系數(shù)和減小的方向移動，即正反應(yīng)方向移動；結(jié)果：體系壓強降低，但是壓強仍比原平衡狀態(tài)高。因此，上述平衡向正反應(yīng)方向移動（定性判斷）。向正反應(yīng)方向移動到什么程度，二氧化氮的體積分數(shù)改變多少，類似這種需要定量判斷的問題，勒夏特列原理無法回答。

2.3 影響因素：影響化學反應(yīng)速率的外部因素

“正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率”是化學平衡最本質(zhì)的特征。根據(jù)人教版高中化學選修四勒夏特列原理的描述，勒夏特列原理是改變溫度、壓強、濃度等影響化學反應(yīng)速率的外部因素，通過影響正、逆化學反應(yīng)速率使化學平衡發(fā)生移動。所謂外部因素指與化學平衡有關(guān)的環(huán)境因素或參加反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量上的改變，外部因素的改變，不會影響化學反應(yīng)路徑或過程，所謂內(nèi)部因素指與化學反應(yīng)物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的因素，內(nèi)部因素的改變，將改變化學反應(yīng)的路徑或過程。影響化學反應(yīng)速率的因素有濃度、溫度、壓強和催化劑等。根據(jù)影響化學反應(yīng)的外部因素和內(nèi)部因素的劃分標準，濃度、溫度、壓強不會改變化學反應(yīng)路徑，屬于外部因素，催化劑參加了化學反應(yīng)，改變了反應(yīng)路徑，屬于內(nèi)部因素。催化劑對化學反應(yīng)路徑進行了改變，改變了正、逆反應(yīng)速率，但是對正、逆反應(yīng)速率的影響效果是相同的。因此，濃度、溫度、壓強等外界因素對化學平衡的影響是主要的。

2.4 因素改變：改變影響化學反應(yīng)速率的“一個”外部因素

根據(jù)勒夏特列原理的描述，影響化學平衡移動的因素改變必須是“一個”影響化學反應(yīng)速率的外部因素改變，通過“三步判斷法”準確地定性判斷出化學平衡的移動，見圖1。但是在實際中，可能會出現(xiàn)兩個及以上外部因素同時改變，此時，勒夏特列原理將不再適用。

增大體系壓強，根據(jù)三步判斷法，目的：阻礙（減弱）壓強的增大，方法：平衡向壓強減小的方向，也就是向氣體系數(shù)和減小的正反應(yīng)方向移動；升高溫度，根據(jù)三步判斷法，目的：阻礙溫度的升高，方法：平衡向吸熱反應(yīng)的方向，也就是逆反應(yīng)方向移動。這種情況下，根據(jù)勒夏特列原理進行判斷，平衡可能既向正反應(yīng)方向移動，也向逆反應(yīng)方向移動，勒夏特列原理對這樣的情形無法作出明確的判斷。

勒夏特列原理是學生學習過程中的重點和難點，“三步判斷法”意在給出簡單易懂的應(yīng)用方法。分析勒夏特列原理的應(yīng)用條件，是為了讓學習者能準確地應(yīng)用勒夏特列原理。對于不適用勒夏特列原理的情況，高中教材引入了“濃度商”作為判斷依據(jù)，而且，隨著學習的深入，還會有自由能等判斷方法。

參考文獻：

[1]廖梁，張嘉培.勒夏特列原理對教師理解化學平衡的負面影響[J].化學教育，2009，（11）：21～23.

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應(yīng)原理（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.