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加入惰性气体对化学平衡有影响吗?

来源:摘抄于因特网作者:汤芹 点击:所属专题: 惰性气体影响 平衡移动
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

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 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、氙等稀有气体之外,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 加入惰性气体对化学平衡有影响吗? 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

Kp=[0.5/1.5]*[101.325]=33.775

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 加入惰性气体对化学平衡有影响吗? 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

Kp=[x*x/(1-x)]*[202.650/3]=33.775

整理得:202.650x*x +101.325x –101.325 = 0

解得:

x1= - 1.0    不合题意,舍去

x2= 0.5

即:加入氮气后PCl5的离解度为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,加入稀有气体后容器的体积增大

例如:反应N2O4 加入惰性气体对化学平衡有影响吗? 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 稀有气体的混合气体中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 加入惰性气体对化学平衡有影响吗?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,

Kp=(PNO2)*(PNO2)/PN2O4=[2x*1.01*105/(1+x)]2 / [(1-x)*1.01*105/(1+x)]  =1.34*105

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 稀有气体的混合气体中N2O4的离解度为x

           N2O4  加入惰性气体对化学平衡有影响吗?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

加入稀有气体后容器中混合物总的物质的量为:(1+x)+2=(3+x)mol,

Kp=(PNO2)*(PNO2)/PN2O4=[2x*1.01*105/(3+x)]2 / [(1-x)*1.01*105/(3+x)]  =1.34*105     

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:加入稀有气体后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

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