都市中

熱又無風的夏天

在地平線處很容易看到橘色的霧

那是主要造成光化學煙霧污染的二氧化氮

而在冬天橘色的霧會比較淡而不易被觀測

請大家想想看

為什麼夏天與冬天會有現象差異呢？

我們學過

「勒沙特列原理」

當平衡狀態的系統

物質的濃度、壓力或體積以及溫度變化時

平衡就向「抵銷改變的方向」移動

以對抗外來的改變

讓平衡系盡量維持現狀

這支影片我們將更深入的探討

對已平衡的系統改變溫度

平衡狀態應如何移動

以達成新的平衡

所有化學反應都涉及能量進出

若將熱量視為平衡系統的一部分

溫度升高時

相當於將熱量加到系統裡

溫度下降時

就相當於將熱量移出系統

不管是吸熱反應或放熱反應

勒沙特列原理告訴我們

反應就像個叛逆的小孩

溫度升高

反應就要往降溫的方向進行

把過多的熱量消耗掉

也就是向吸熱的方向移動

相反的

溫度下降了

反應就要叛逆的往升溫移動

向放熱的方向放出更多熱量

減少熱量被移走所造成的影響

以哈伯法製氨為例

此為放熱反應

由此平衡方程式可知

正反應氨的製備為放熱方向

而逆反應氨的分解則為吸熱方向

當平衡系統升高溫度

反應朝吸熱方向移動

平衡向左

反之

當平衡系統降低溫度

反應朝放熱方向移動

平衡向右

大家想想看

造成這個現象的原因究竟是什麼呢？

由於哈伯法製氨反應為放熱反應

逆反應的活化能大於正反應的活化能

對應其動能分布曲線圖時

活化能愈大者

低限能愈高

在反應速率時我們學過

對於活化能愈大的反應

當改變溫度時

能越過低限能的粒子數變化量較多

換句話說

溫度的改變對吸熱方向的反應影響較大

而反應速率的增減的變動都會比較大

因此

對已達平衡的反應升高溫度

瞬間正、逆反應速率與速率常數皆變大

但吸熱方向的速率與速率常數變大的比較多

使得逆反應速率大於正反應速率

因此平衡向吸熱方向移動

對哈伯法製氨來說即為平衡向左進行

直到正逆反應速率再次相等時

則達成新平衡

在先前的主題我們學過

平衡常數只會受到溫度影響

則溫度變化時

原平衡和新平衡的平衡常數並不相同

我們再看回哈伯法製氨的反應

表為不同溫度下的平衡常數值

可以看到

當溫度上升的時候

此反應的平衡常數會變小

大家可以想想看

為什麼對此反應來說

升溫會造成平衡常數變小呢？

溫度升高平衡向左方移動

如此移動的結果

造成氮氣與氫氣的濃度提高

而氨的濃度下降

再次平衡時

反應物濃度較原來大

產物濃度較原來小

達成新平衡時

新舊平衡的濃度變化量

新舊平衡的濃度變化量會變成1：3：2

也因此平衡常數K值會變小

同一個反應

相反的

溫度下降

根據勒沙特列原理

平衡向右方移動

當降溫時

瞬間正、逆反應速率與速率常數皆變小

但逆反應速率下降的比較多

正反應速率下降得比較少

瞬間正反應速率大於逆反應速率

因此平衡向放熱方向移動

而平衡移動方向就會與升溫相反

為向右反應

平衡移動後

氮氣與氫氣的濃度下降

而氨的濃度上升

再次達平衡時

反應物濃度較原來小

產物濃度較原來大

因此平衡常數K值變大

為了確定大家都徹底瞭解了溫度對平衡的影響

我們來看看這個例子

無色氣體四氧化二氮分解成紅棕色氣體二氧化氮的平衡反應

大家來想想看

當溫度上升時

平衡往哪裡移動呢？

達到平衡的時候

四氧化二氮的濃度、二氧化氮的濃度

和平衡常數值是怎麼變化呢？

根據勒沙特列原理

平衡向吸熱方向進行

即向右反應

由於二氧化氮濃度增加且為紅棕色氣體

則容器內氣體顏色變深

系統溫度提高的瞬間

正、逆反應速率都會增快

而瞬間正反應速率大於逆反應速率

達平衡時

反應物四氧化二氮的濃度減少

產物二氧化氮的濃度增加

且平衡常數變大

你答對了嗎？

光煙霧的例子

大家想到了嗎？

在冬天

橘色的霧較淡不易被觀測

是因為四氧化二氮分解成紅棕色氣體二氧化氮的平衡向左移動

有更多的四氧化二氮生成

而紅棕色的二氧化氮量減少了

紅棕色就會變淡了

在四氧化二氮與二氧化氮的平衡系統中

若體積不變

降低反應器內的溫度

則下列敘述哪些正確？

學習完溫度對平衡的影響

來做個總結吧

根據勒沙特列原理

升溫

平衡向吸熱方向移動

降溫

平衡向放熱方向移動

平衡移動與K值的變化

平衡向右

K 值變大

平衡向左

K 值變小

大家有比較瞭解溫度對平衡的影響了嗎？

也可以利用這個表格

再把其他條件想一遍

測試自己平衡判斷的實力喔

大家加油囉~