演示实验——气相化学平衡

一、演示目的

通过N₂O₄(g)=2NO₂(g)的气相化学平衡，亲身体验压力和温度对化学平衡的影响。

二、实验原理

我们以下面气相平衡为例来研究温度和压力对化学平衡的影响

由热力学理论可知：

（1）上述反应为吸热反应，因此当温度升高时反应正向进行；反之，当温度降低时反应逆向进行。

（2）上述反应为体积增加的反应，因此当系统总压力增加时，反应逆向移动；反之当压力减小时，反应正向移动。

三、演示方法

1．温度对平衡的影响

装有N₂O₄气体的两个密封连通烧瓶（如图1所示），一个放入热水盆中，另一个放入冷水盆中，观察两烧瓶内气体颜色深浅并说明其原因。

 

图1 温度影响的演示装置

2．压力对平衡的影响

取装有液态N₂O₄的小安瓶（注1），用塑料管（或用蜡处理的胶管）接到100 mL注射器上（如图2所示）。然后将塑料管一段安瓶弄破，使N₂O₄液体气化。

 

图2 压力影响的演示装置

当用力将注射器芯向里推（加压）或向外拉（减压）时，则可从注射器前部正面观察（注2）到注射器内部气体颜色的变化。从而演示出压力对平衡的影响。另外，在实验前可将一白色瓷板放到注射器芯的前面作为衬底，从而使观察注射器内气体颜色变化更明显，加强了演示的效果。

思考题：演示压力对平衡的影响时，为什么要从注射器前部正面观察？

注1：N₂O₄由固体Pb(NO₃)₂热分解制得的。具体方法如下：将固体Pb(NO₃)₂和石英砂混合后加到硬质玻璃管理，用管式炉或电热丝加热，制取的NO₂气体通过P₂O₅干燥，并以盐-冰水体系冷却至-11℃以下，得到液态的N₂O₄，用安瓶盛装。

注2：有的文献记载由侧面观察，这是错误的。因为增大压力时，即使平衡未移动，当气体体积缩小时，气体的密度增加，颜色必然加深。本来加压时因平衡移动气体颜色应变浅，但同时气体的密度增加又使颜色变深，两种因素综合可能得到变深的结论。如从正面观察，密度增加这一干扰因素可以消除。例如压力增加一倍则体积缩小一半，气层厚度为原来的，但气体密度为原来的2倍，颜色加深2倍。即气体颜色变深，但气层厚度变薄，故两种因素抵消。