研究惰性气体对化学平衡的影响.doc

加入惰性气体对化学平衡的影响
首先应当指出：这里的惰性气体泛指不参与某反应的气体。除了通常所说的氦、氖、氩、 氪、氙等惰性气体之外，还要視具体情况而决定。例如：在烷烃的裂化过程中充入水蒸气，合成氨反应中充入甲烷，二氧化硫的催化氧化中充入氮气等都看作惰性气体。
　　在气体反应达到平衡后加入惰性气体，或在反应的原料气中混有惰性气体会不会影响化学平衡。从有些题目的解答中发现答案是错误的。既由于惰性气体不参加反应，所以对化学平衡无影响。这样的回答不够准确，同时也不够完全。因为解答这类型问题时，首先要看容器的体积、容器内的压强、平衡混合物中各组成成分的浓度及分压等条件是否发生改变，然后視具体情况的变化作出回答。下面我们通过计算和平衡移动原理加以讨论。
一、 通过计算讨论
1、温度和容器的体积不变，加入惰性气体后容器内压强增大
例如：某温度下，一定量的PCl5气体在101.325kPa下部分分解为PCl3和Cl2，达到平衡时，混合气体的体积为1dm3，PCl5的离解度为50%。若保持容器体积不变通入氮气，使容器内的压强增大到202.650kPa，问此时PCl5的离解度将怎样变化（假定所有气体都为理想气体）？
解：设所用PCl5 气体物质的量为1mol，
PCl5 PCl3 + Cl2
起始物质的量： 1 0 0
变化物质的量： 0.5 0.5 0.5
平衡物质的量： 0.5 0.5 0.5
平衡总物质的量：0.5+0.5+0.5=1.5mol

通入氮气容器体积不变，压强增大一倍，则容器内混合气总的物质的量增大一倍。
容器内总物质的量为：1.5×2=3mol
设：通入氮气后PCl5的离解度为x
PCl5 PCl3 + Cl2
起始物质的量： 1 0 0
变化物质的量： x x x
平衡物质的量：1-x x x

整理得：202.650x2 +101.325x –101.325 = 0
解得：x1= - 1.0 不合题意，舍去
x2= 0.5
即：加入惰性气体后PCl5的离解度为非作歹50% 。
由此看来，在温度和容器体积不变的条件下加入惰性气体，无论对反应体积缩小，还是体积增大，还是体积不变的任何气体反应的化学平衡体系来说，平衡都不发生移动。
　　2、温度和容器内压强不变，加入惰性气体后容器的体积增大
例如：反应N2O4 2NO2 在60℃时Kp =1.34×105Pa，试求在60℃及总压1.01×105的条件下：
（1）    纯N2O4气体的离解度，
（2）    在1molN2O4与2mol惰性气体的混合气体中N2O4的离解度。
解：（1）设：纯N2O4的离解度为x，所用N2O4物质的量为1mol,
N2O4 2NO2
起始物质的量： 1 0
变化物质的量： x 2x
平衡物质的量： 1-x 2x
平衡混合物总的物质的量：(1+x)mol,

整理得：5.33x2=1.33
解得：x=±0.5
即：纯N2O4的离解度为50%
（2）设：在1molN2O4和2mol惰性气体的混合气体中N2O4的离解度为x
N2O4 2NO2
起始物质的量： 1 0
变化物质的量： x 2x
平衡物质的量：1-x 2x
平衡混合物中总的物质的量：(1+x)mol
加入惰性气体后容器中混合物总的物质的量为：(1+x)+2=(3+x)mol,

整理得：5.33x2+2.66x-3.99 = 0
解得：x1 - 1.15 不合题意，舍去
x2 = 0.651
即：加入惰性气体后N2O4的离解度为65.1% 。
至此，在温度和容器内压强不变的条件下加入惰性气体：
对于反应后体积增大的反应来说，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率升高。
对于反应后体积缩小的反应来说，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。
对于反应前后体积无变化的反应来说，平衡不移动。
二、  利用平衡移动原理讨论
1、温度和容器的体积不变，加入惰性气体后容器内的压强增大。 反应达平衡后加入惰性气体，由于容器的体积不变，对平衡混合物中的各组成成分（除惰性气体）来说，其浓度和分压均未发生改变。根据平衡移动原理，改编了压强，但平衡混合物的分压没有改变。也就是说，加入惰性气体，无法减弱压强的增大。所以无论对反应后体积增大或减小，还是体积无变化的任何气体反应来说，当温度和反应容器的体积不变时，加入惰性气体对化学平衡都无影响。即化学平衡不发生移动。反应物的转化率不变。
　　2、温度和容器内压强不变，加入惰性气体后容器内气体体积增大
　　反应达平衡后加入惰性气体，由于容器内压强不变，容器内的气体体积增大，则平衡混合物中各组成成分（除惰性气体）的分压之和减小。根据平衡移动原理，压强减小，平衡将向着压强增大的方向移动（压强增大即减弱了压强的减小）。如何使体系的压强增大呢？如果体系内的分子数目增加则压强增大。即平衡向着气体分子数目增加的方向———也就是向着气体体积增大的方向移动。
　　所以，当温度和容器内的压强不变时，加入惰性气体：
　　对于反应后体积缩小的反应来说，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。对于反应后体积增大的反应来说，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率升高。 对于反应后体积无变化的反应来说，平衡不发生移动。
　　因此，加入惰性气体对平衡是否有影响，要看容器的体积和容器内的压强是否改变，然后根据以上讨论的情况做出判断。不能一概而论，导致得出错误的结果。

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