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锐评高中化学的大坑:勒沙特列原理

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是时候狠狠的拷打一下勒沙特列原理了


IP属地:浙江来自Android客户端1楼2024-10-02 09:16回复
    xyzjviper、lhy123654174、很稳定噢噢噢. . . 被楼主禁言,将不能再进行回复
    1、勒沙特列原理的原本内容
    1884年,法国化学家勒沙特列在自己的文章中写道:
    任何一个稳定的化学平衡体系,当受到一种迫使它变更其温度和凝聚状态(压力、浓度)的外力时,它的整体或者是局部能够进行某种内部调节;如果这些调节是出于体系自身的话,则它所引起的将是与外力所引起的变化有着相反的符号。
    这个描述跟现在的版本相比有点啰嗦,也有点过于严谨了。发表之后,有人指出,美国化学家吉布斯(吉布斯自由能的那位)在几年前已经用数学、物理方法对这个结论进行了解释,于是勒沙特列研读了吉布斯的著作,并成为了他的忠实粉丝,将著作翻译成了法语。
    1888年,研读完吉布斯著作的勒沙特列模仿楞次定律,提出了更简单版本的勒沙特列原理:
    某一种均衡因素每一次变化都会导致系统重新排列,重新排列使得所讨论的因素发生与原始变化相反的变化。
    (以上内容引自知乎回答,答主:想象中)
    不得不说,这个原理的时代意义、科普意义是巨大的,它让人们以一个更加直观的角度去理解化学平衡。但遗憾的是,首先这个定理存在大量限制条件,很多时候就是不能用,其次在高中化学教学过程中,对勒沙特列原理存在严重的过度解读、胡乱解读,并将它奉为圭臬,以至于学生在一些本不复杂的问题上纠缠不清。


    IP属地:浙江来自Android客户端2楼2024-10-02 09:33
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      2、能不能回到原本状态?
      下面我就开始狠狠拷打高中化学
      首先,下面的讨论都是默认恒温恒容状态,恒温恒压状态本来就不适用勒沙特列原理,因为这不是孤立体系(容器扩张=对外界做功,初中物理知识)。
      很多人会往勒沙特列原理添油加醋的补一句:“但是这个变化不能抵消原来的变化”,这是错误的。从上面的描述来看,勒沙特列根本没说过这半句的意思。
      举个最简单反例:水的蒸发,H2O(l)=H2O(g),众所周知,纯液体饱和蒸气压只与温度有关,因为饱和蒸气压其实就是这个反应的Kp,平衡常数当然只与温度有关,只要温度不变,不管你是充入/抽走气态H2O还是压缩容器之类的,最后一定会回到饱和蒸气压,可以认为返回了初始的状态。
      那么超过原本状态的情况有吗?有,还真有,下面讲转化率,这更是重量级。


      IP属地:浙江来自Android客户端5楼2024-10-02 10:00
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        3、勒沙特列原理和转化率
        首先,勒沙特列原话里压根没提到转化率。他的原理仅限于在改变条件的那一瞬间的平衡移动方向,至于达到的新的平衡与原先平衡的区别,那就属于二手的推论了,至少不是他说的。
        当然这不代表勒沙特列原理不能用于判断转化率,一般的流程是这样:
        1:假设一个转化率相等的状态
        2:把这个状态等效于勒沙特列原理能适用的简单情况
        3:根据这个状态下的平衡移动方向来判断转化率是否变化。
        然而问题有而且很多:第二步实际上会出现没有可以等效的状态,或者第三步无法判断,这些情况下都无法判断。
        上面提到了那个添油加醋的那句话,如果讨论转化率,更能显得这句话是多么的错误。比如恒温恒容下,合成氨反应:A+3B=2C,假如充入氢气(B),那么氢气自己的转化率是否一定下降?
        正确答案是否,是有可能上升的。(图中的蓝线)


        IP属地:浙江来自Android客户端9楼2024-10-02 11:13
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          4、勒沙特列原理对一些简单问题的误导
          由于勒沙特列原理的适用性过于窄,反而会对一些很简单的问题产生误导。
          比如恒容时充入稀有气体,平衡显然不变,因为所有参与反应物质的分压都没有任何的改变。但总压确确实实是上升了,这是不是一个与反应直接相关的物理量?可以是,也可以不是,就很模棱两可。
          再比如,这是昨天吧里发的帖,A+B=3C,还是恒温恒容,充入A,平衡往哪里移动?如果你用Q和K判断的话不会有任何疑问,只有A分压提升,其他物质分压不变,那只能是正向移动。但他的疑问是“压强增大了会不会促进正向移动”,这就是一个巨大的误导了,所谓的压强增大反应正移仅限于所有物质等比增大(比如压缩容器),或者增大全部反应物或生成物(可以等效平衡),而这里只增大了其中一个反应物,两种情况根本不能等同。


          IP属地:浙江来自Android客户端14楼2024-10-02 11:52
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            5、恒温恒压的情况
            以上的讨论全部基于恒温恒容,恒压的情况之前也说了不符合前提,所以这里就简单说一些离谱的例子,仅供图一乐。
            比如还是合成氨反应A+3B=2C,恒压时充入稀有气体,容器体积显然增大,同时相当于等比例稀释所有物质为1/n,由于Q分母系数更大,所以Q变为n^2倍,Q>K,平衡逆移,而逆移就导致容器体积进一步增大。
            还有恒压下合成氨反应只充入氮气,是有可能导致反应逆向移动的:


            IP属地:浙江来自Android客户端16楼2024-10-02 12:06
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              那么正确的方法是什么呢?就是比较Q和K。这是吉布斯自由能的定义式,是最基础、最本质也是最严谨、最普遍的方法。
              当时我上高中的时候,不管是课本还是老师上课甚至压根没提到Q与K关系,导致就学的云里雾里的,还好现在的新课标教材已经把这个着重提出来了。
              最后还是以这个文献来结束:


              IP属地:浙江来自Android客户端20楼2024-10-02 12:17
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