第 3 章

3-3 　勒沙特列原理

第 3 章 _{化 學 與 平}

衡

學習概念 1 、勒沙特列原理

學習概念 2 、改變反應物或生成物的濃度對平

衡的影響

學習概念 3 、改變壓力或體積對平衡的影響 學習概念 4 、改變溫度對平衡的影響

學習概念 5 、催化劑對平衡的影響 學習概念 6 、勒沙特列原理的應用

3-3 　勒沙特列原理

第 3 章

學習概念 1 、勒沙特列原理

學習概念 2 、改變反應物或生成物的濃度對平 衡的影響

學習概念 3 、改變壓力或體積對平衡的影響 學習概念 4 、改變溫度對平衡的影響

學習概念 5 、催化劑對平衡的影響 學習概念 6 、勒沙特列原理的應用

Chemistr

化 學 與 平

衡

1. 1884 年法國科學家勒沙特列提出平衡移動方向 的預測方法。其內容為：當平衡系統受外加因素破 壞時，系統會朝減少或抵消此一因素的方向前進，

以達新的平衡。所謂外加因素包括改變溫度、壓力 或反應物的濃度等。

2. 簡言之，就是平衡系統有自發性傾向於「維持 現狀」的能力。

勒沙特列原理

3-3

勒沙特列原理

1. 若化學平衡系統中增加反應物或生成物的濃度，

則反應會朝消耗此物種的方向移動。反之，減少某 一成分，則反應會朝增加此一成分的方向移動。

例：在哈柏法製氨的平衡系統中加入 H2。 　　 N2(g)＋ 3 H2(g) 2 NH_3(g)

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

▲ 平衡系統中加入 H₂ 時，依勒沙特列原理，系統的淨反應 會朝生成 NH₃ 的方向移動，一直到新平衡建立為止。 (A) 各 物種濃度隨時間的變化圖； (B) 正逆反應速率隨時間的變化圖

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

(A) 　 (B)

(1) 增加反應物的濃度，會使正反應速率瞬間加大，由 r 正 變為 r' 正

，而逆反應速率不變；因此，瞬間增加的 H₂會因為消耗量多於生成 量，而使濃度逐漸降低， N₂的濃度也跟著減小。 NH₃的濃度則因為 生成比消耗多而逐漸增大。隨著 NH₃濃度的增大及 H₂、 N2濃度的減 小，使正反應速率漸減而逆反應速率漸增，最後兩者相等，達到新的 平衡狀態，其中 H₂、 NH3 濃度較原平衡狀態增大而 N₂ 則減小。

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

(2) 因為加入 H₂ 的瞬間， [NH₃] 和 [N₂] 的濃度 不變而 [H₂] 的濃度增大，因此 Q_c 比 Kc 小。

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

2. 在異相平衡中，加入或減少原物系已有的固體 或液體，則平衡不移動。因為 Q_c 並未被改變，所 以不影響平衡狀態。

例： BaSO_4(s) Ba^{2 ＋} _(aq) ＋ SO42 － (aq) ，加入鋇 離子或硫酸根離子會使平衡左移；但若加入硫酸鋇 固體，則平衡不移動。

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

3. 液相平衡系中，加水稀釋平衡向水溶液係數和 較大的一方移動。

例： Fe^{3 ＋} _(aq) ＋ SCN ^－ (aq) FeSCN^{2 ＋} _(aq) ，加 入水平衡向左移，但達新平衡各物種濃度小於原濃 度。

勒沙特列原理

3-3

改變反應物或生成物的濃度對平衡的影響y 2

平衡移動方向

勒沙特列原理

3-3

1 y

【答案】 ＣＥ

【解析】 (A) 平衡不移動； (B) 平衡左移，故 Cr₂O₇^{2 －} 的濃度變小； (C) 平衡左移，但加入的是 O₂ ，故 O₂ 的 濃度會增加； (D) 濃度會變小； (E) 平衡向右， [NH₄

＋ ]↑ 。

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

1. 平衡系統因減小體積造成壓力增加時：

平衡會朝氣體總莫耳數變小的方向移動。

將平衡系統的體積壓縮為原來的一半

此時各成分的濃度和分壓均增大為 2 倍 淨反應必須往左進行

使 Q_c 逐漸減小至等於 K_c ，反應再度達平衡

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

2. 平衡系統因增大體積造成壓力減小時：

平衡會朝氣體總莫耳數增多的方向移動。

例： N

將平衡系統的體積擴張為原來的二倍 此時各成分的濃度和分壓均減小為 1/2 倍

淨反應必須往右進行

使 Q_c 逐漸增大至等於 K_c ，反應再度達平衡

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

3. 若反應方程式兩邊的氣體總莫耳數相等，則不管 增大或減小體積，對平衡都沒有影響，只是正逆反 應速率同時變慢或變快。

例： H_2(g)＋ I2(g) 2 HI_(g) ，系統的體積縮小一半 時，各物種的濃度增大為 2 倍，

當反應式兩邊係數和相等時，改變系統的體積

， Qc 依然等於 K_c ，並不會影響平衡狀態。

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

(A) 　 (B)

▲ H_2(g) ＋ I_2(g) 2 HI_(g) 系統體積縮小一半時：

(A) 正、逆反應速率由壓縮前的 r₁ 、 r₁' 等倍率變為 r₂

、 r₂' ； (B) 各物種的濃度同時增大為 2 倍

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

4. 若平衡系統在體積不變的情況下加入氦氣，雖增 加了系統的總壓，但原有各氣體的分壓不變，因此 對平衡的移動沒有影響。

5. 若於一可改變體積的容器中，加入與反應無關的 惰性氣體，在維持定壓條件下，容器的體積必須變 大，依據勒沙特列原理，則淨反應會朝反應物或生 成物氣體係數總和較多的一方移動。

勒沙特列原理

3-3

改變壓力或體積對平衡的影響

6. 系統中若有固體或液體，因為增加或減少壓力對 其體積或濃度的改變均很小，所以考慮平衡移動的 方向時，均將其忽略不計。

例： CaCO_3(s) CaO_(s)＋ CO2(g)，當平衡系統的 體積增大時，依勒沙特列原理，平衡會往氣體總莫 耳數多的方向進行，所以平衡向右進行。

定溫下將下列平衡系的體積膨脹，何者的平衡 會向左移？

(A) CaO

＋ CO

CaCO

　 (B) NH

Cl

NH

＋ HCl

　 (C) 2 O

3O

(D) Fe

＋ H

O

FeO

＋ H

　 (E) 2 NOBr

2 NO

＋ Br

體積對平衡的影響

勒沙特列原理

3-3

2 y

【答案】 Ａ

【解析】

體積增大，平衡往係數和大的一方移動。

(A) 係數為 1→0 ； (B) 係數為 0→2 ；

(C) 係數為 2→3 ； (D) 係數為 1→1 ； (E) 係數為 2→3

。

體積對平衡的影響

勒沙特列原理

3-3

2 y

右圖是有關 N

＋ 3 H

2 NH

，因某 種因素影響而引起之濃度變化，下列何種變因 正確？

(A) 定溫下壓縮體積 (B) 定容下升高溫度

(C) 定溫定壓下，通入 He

(D) 定溫定容下，通入 He

(E) 定溫下，加入 H

O

由濃度對時間判定影響平衡之因素

勒沙特列原理

3-3

3 y

【答案】 Ａ

【解析】

因為濃度在瞬間均增大，表示是因體積變小造成，而後 [NH₃] 向上走，而 [N₂] 與 [H₂] 均往下走，表示平衡右 移，故選 (A) 。

由濃度對時間判定影響平衡之因素

勒沙特列原理

3-3

3 y

勒沙特列原理

3-3

改變溫度對平衡的影響

1. 溫度升高： 平衡往吸熱方向移動。若吸熱 方向為向生成物的一方，則平衡常數隨溫度的 升高而增大。

2. 溫度降低： 平衡往放熱方向移動。若放熱

反應為向反應物的一方，則平衡常數隨溫度的

下降而變小。

某一化學反應 m X_(g) n Y_(s) ＋ p Z_(g) 已達平衡，若 壓力增高或升高溫度， Z 的產率會增加，則下列有關 此反應的敘述，何者正確？

(A) 此反應為放熱反應，且 p ＞ m 　 (B) 此反應為放熱 反應，且 p ＜ m 　 (C) 此反應為吸熱反應，且 p ＜ m 　 (D) 此反應為吸熱反應，且 p ＞ m

溫度對平衡的影響

勒沙特列原理

3-3

4 y

【答案】 Ｃ

【解析】∵加壓及升溫有利於 Z 　∴ m ＞ p ，而 ΔH

＞ 0 。

勒沙特列原理

3-3

催化劑對平衡的影響

1. 若於平衡系統中加入催化劑，則原先正逆

反應速率相等的狀態並沒有改變，只是原先相

等的正、逆反應速率（ r

＝ r

' ）等倍率增加

為依然相等的 r

和 r

' ，因此加入催化劑並

不能改變平衡時物種的濃度及平衡常數。

勒沙特列原理

3-3

催化劑對平衡的影響

(A) 　 (B)

▲ 催化劑對反應的影響：

(A) 正反應的活化能（ E_f ）和逆反應的活化能（ E_r ） 等量降低； (B) 正、逆反應速率 r₁ 、 r₁' 等倍率增加為 r₂ 、 r₂' 。

勒沙特列原理

3-3

催化劑對平衡的影響

2. 若於尚未平衡的系統加入催化劑，則能加速反應，

縮短達到平衡所需要的時間。

例：工業上製備硫酸的重要步驟：

2 SO_2(g)＋ O2(g) 2 SO_3(g) K_c＝ 1.7×10²⁶，達到平 衡時，反應物幾乎全變成 SO₃，但是 SO₂氧化成 SO₃的 速率非常緩慢，因此若沒有催化劑五氧化二釩（ V₂O₅

）的加速反應，則其生產效率將不符合工業上的需求。

勒沙特列原理

3-3

催化劑對平衡的影響

3. 有些平衡常數小的反應，即使添加催化劑也沒有實際的效 益。

例：廣泛應用於治療心臟病、動脈硬化等心血管疾病的一氧化 氮，其合成反應如下：

N_2(g)＋ O2(g) 2 NO_(g)　 K_c（ 25 ℃ ）＝ 4.6×10 ^{－ 31}

因此添加催化劑雖能加速反應達成平衡，但一氧化氮的產率依 然很低。

哈柏法製氨： N_2(g) ＋ 3 H_2(g) 2 NH_3(g) ＋ 92 kJ 反應中用催 化劑 Fe₂O₃ ，在約 500 ℃ 下進行反應。有關此一反應，下列 敘述哪些正確？　　　　　　　

　　　　　　　【 91. 指 考】

(A) 反應中，催化劑會使向右反應的反應速率增加 (B) 反應中

，催化劑會使向左反應的反應速率增加 (C) 反應中，催化劑 會使向右及向左反應的活化能皆降低 (D) 在高溫反應的主要 目的是使平衡向右移動 (E) 反應達平衡時，加高壓力會使平衡 向右移動

催化劑對平衡的影響

勒沙特列原理

3-3

5 y

【答案】 ＡＢＣＥ

【解析】 (D) 高溫主要目的是同時提高正逆反應速率，

但加熱使平衡左移。

反應 H_2(g)＋ I2(g) 2 HI_(g) ＋ 42 kJ 反應速率與 時間之關係如圖（ R₁ 、 R1' 代表正反應速

率， R₂ 、 R2' 代表逆反應速率），則在 t₁ 時間時 反應速率可能如圖，改變的因素有哪些？

(A) 升高溫度　 (B) 加入催化劑　 (C) 擴大容器體積　 (D) 加入 H₂ 　

(E) 壓縮容器體積

r 對 t 圖判定影響平衡的因素

勒沙特列原理

3-3

6 y

【答案】 ＢＥ

【解析】

因為瞬間正逆反應速率等量增加，且此反應的係數和相等

，故為加催化劑或加壓（縮小體積）。

r 對 t 圖判定影響平衡的因素

勒沙特列原理

3-3

6 y

(A) 縮小反應系體積， k₁ 、 k2 、 K 皆不變　 (B) 溫度升高， k₁ 、 k2 、 K 均增大　

(C) 平衡時， k₁ 與 k2 大小相等　

(D) 加入催化劑， k₁ 、 k2 、 K 均增大　 (E) 升高溫度反應向右移動，顏色變淡

達平衡之綜合題

勒沙特列原理

3-3

7 y

【答案】 ＡＢ

【解析】

達平衡之綜合題

勒沙特列原理

3-3

7 y

勒沙特列原理

3-3

勒沙特列原理的應用

1. 若依勒沙特列原理預測：壓力愈高，溫度愈低，

氨的產率愈高，平衡較趨向生成物。

例：哈柏法製氨 N_2(g) ＋ 3 H2(g) NH_3(g)＋ 91.5 kJ

▲ 溫度和壓力對氨的產率（％）影響關係圖

勒沙特列原理

3-3

勒沙特列原理的應用

2. 實際操作上：

欲合乎經濟效益，工業上通常在 500℃ 及 200 atm 下，以鐵粉作催化劑以合成氨。在反應過程中不斷的 將生成的氨液化與氣態的 N₂ 、 H2 分離，未反應的 N₂ 、 H2 回收反覆操作，使平衡向右進行，以提高

NH₃ 之產率，而選擇的固態催化劑，除了增快速率外

，也易於和產物及反應物分離。

某一工業製程將 SO₂Cl₂加熱分解可生成二氧化硫與氯 氣。若在 173 ℃ 下，於 100 升反應器中放置 0.03 莫耳 的 SO2Cl₂、 2.0 莫耳的二氧化硫和 1.0 莫耳的氯氣，

則此反應的 K_p值為 3.0 。下列有關此反應的敘述，何 者正確？

(A) 反應中二氧化硫是氧化劑　 (B) 此反應的平衡常數

（ Kc ）為 0.082 　 (C) 化合物 SO₂Cl₂ 的起始濃度為 0.003 M 　 (D) 最初混合時，反應向增加 SO₂Cl₂ 濃度 的方向移動　 (E) 反應達平衡時，壓縮反應系統的體 積，反應會向增加 SO₂ 和 Cl2 濃度的方向移動

增加產率的條件

勒沙特列原理

3-3

8 y

【答案】 ＢＤ

【解析】

增加產率的條件

勒沙特列原理

3-3

8 y

在下面氣體反應系中：

a A_(g)＋ b B(g) c C_(g)＋ d D(g)＋ Q kJ ；

a 、 b 、 c 、 d 表方程式之係數、 A 、 B 、 C 、 D 表各氣體分子式， Q 代表反應熱，此反

應在不同壓力，不同溫度下 D 的平衡濃度（ mol ／ L ）如右 圖所示，則上列熱化學方程式應以下列哪一項表達？

(A) a ＋ b ＜ c ＋ d ， Q ＜ 0 　 (B) a ＋ b ＜ c ＋ d ， Q ＞ 0 　 (C) a ＋ b ＞ c ＋ d ， Q ＞ 0 　

(D) a ＋ b ＞ c ＋ d ， Q ＜ 0 　 (E) a ＋ b ＝ c ＋ d ， Q ＞ 0

熱化學方程式

勒沙特列原理

3-3

9 y

【答案】 Ｃ

【解析】

由圖可知高壓，低溫有利 D 的生成

 a ＋ b ＞ c ＋ d 且 Q ＞ 0 。 熱化學方程式

勒沙特列原理

3-3

9 y