摘  要：勒夏特列原理是判断化学平衡移动方向的基本理论依据，由于它的内容比较抽象，不容易理解，它始终是化学理论学习中的一个难点。勒夏特利耶原理一直是许多讨论和争议的主题，因为它有时似乎给出错误的预测。如何正确的理解和应用勒夏特列原理呢？举出关于正确使用勒夏特列原理解决化学平衡移动的实例。

关键词：勒夏特列原理；化学平衡

0  引言

著名化学家、诺贝尔奖获得者鲍林（Linus Pauling）在向学生介绍化学平衡时说到：“如果你大学毕业后不再从事与化学有关的工作，也许你已经忘记了大学学过的所有与化学平衡有关的数学公式，但是我希望，你不会忘记勒夏特列原理（Le Chatelier principle）”[1]。要讨论勒夏特列原理首先要知道什么是化学平衡状态？化学平衡状态是一个热力学概念，是指一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时，反应物的浓度与生成物的浓度不再发生改变从而达到一种表面静止的状态[2]。什么是表面静止呢？顾名思义它不是真的静止，它是一种处于动态中的平衡。然而，我们在日常生活中也看到过某些动态平衡，这和我们文章中所要讨论的“化学动态平衡”情况有所不同。化学平衡中反应物与生成物浓度在获得平衡后，它们的量不会再处于改变之中，也就是说，在可逆反应中，V正=V逆。法国化学家亨利·勒夏特列于1884年首次发表了他的原理，但在后来的文章中对其进行了多次修改。在1933年，他基本上回归到了他最初的想法。原则上说，一个化学反应平衡由于外部因素干扰引起的变化将与最初的平衡不同。勒夏特列原理一直是存在很多讨论和争议的，因为它有时似乎给出了错误的预测。甚至有的学者认为化学平衡常数与勒夏特列原理解释相矛盾。

1  勒夏特列原理

勒夏特列原理也叫平衡移动原理。法国化学家勒夏特列受电磁学中的楞茨定律启发，根据经验总结了一个定性判断单因素变化影响化学平衡移动的原理，后人称之为勒夏特列原理[3]。勒夏特列早期关于这一原理的描述比较繁琐，针对原文的汉语版本也不尽相同，如：“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[4]。我们应该注意的是，并不是改变任何条件化学平衡都会发生移动，只有改变维持平衡状态的条件，化学平衡才会发生相应的变化。在高中我们就已经学习过，影响化学平衡移动的因素，包括反应物、生成物的浓度、参与反应气体的压强、体系的温度等等。由于任何化学反应都存在着能量的转化，当系统温度减小时，平衡将朝着放热反应的方向移动；当温度增大时，平衡将朝着吸热反应的方向移动，同样的道理，当某种反应物的浓度发生改变时，若其增加，平衡将正向移动，若其减少，平衡将逆向移动；生成物的浓度发生改变的情况则相反[5]。

2  举例分析勒夏特列原理

一定温度下，封闭容器中存在化学平衡CaCO3（s）  CaO（s） + CO2（g），此时容器内压强为p1；此时将容器体积加大一倍，且保持温度不发生变化，当体系重新“恢复”平衡时，容器内的压强是多少？

题目的意思是增大体积，也就是说减小压强，化学平衡会向着气体计量系数加大的方向变化。那么当体系再次达到平衡时，容器内的压强p2可能的范围应该是：1/2p₁＜p₂＜p₁。但是，通过化学方程式可以得出K＝p（CO₂），由于化学平衡常数只会随着温度的变而变，此化学反应平衡常数是不变的，即K＝p（CO₂）。这与刚才的判断不相符合。因此，这一题应分两种情况答：（1）若容器内CaCO3始终过量，则再次达到平衡后容器内的压强与之前的压强相等，即p₂＝p₁。（2）若容器内CaCO3不足，则再次达到平衡后容器内的压强会小于之前的压强，即1/2p₁＜p₂＜p₁。

我们以合成氨反应：N２（g）＋3 H２（g）2 NH３（g） ΔH＝-92 kJ/mol为例，分别探讨浓度、压强、温度对化学平衡移动的影响情况[6]。当增大反应物N２的浓度、减小生成物NH３的浓度、增大压强、减小体积、降低温度时，平衡正向移动；当减小压强、增大体积、升高温度时，平衡逆向移动。

勒夏特列原理里说到的改变维持平衡体系的因素，体系的反应总是向抵抗改变的方向移动，并且“果不抵因”，什么是“果不抵因”呢？平衡移动是否会像生活之中常见的弹簧一样？与弹簧受外力影响类似，但它却又明显不同于弹簧，化学平衡无法回到最初的平衡。“果不抵因”就是指只能减小改变，这种被引起的改变不能被抵消。依旧举个例子，固氮反应在恒温恒容的条件下：N２（g）＋3 H２（g）2 NH3（g） ΔH＝-92 kJ/mol。我们知道化学平衡常熟是与化学方程式一一对应的，化学反应方程式的写法不同时，平衡常数的表达式也大相径庭。根据N２（g）＋3 H２（g）2 NH3（g）可以写出K的表达式：K = 。在这个时候，如果把体系的体积V增大变成2V，即氮气、氢气、氨气各组分的浓度都变为原来的一半，此时写出Q的表达式：Q =。经过化简可以得到Q = 4。由于计算得出的Q大于K，故平衡向着逆反应反向移动，由勒夏特列也可以得出反应应该往气体体积增大的方向移动。假设N2和H2的浓度不变（就像BaSO4固体一样浓度看作为1），那么NH3的浓度需要变成原来的1/2，Q才会等于K。但实际上，平衡发生逆向移动，我们发现分子在变小了，分母却变大了，所以分子并不需要减小到原来的一半，NH3最后处于平衡的浓度小于原来的浓度大于原来的1/2，用勒夏特列原理说就是“果不抵因”，即只能减小改变，这种被引起的改变没有被抵消。

但是这种情况在沉淀溶解平衡中就又有点不一样了。这类溶解平衡常数K的表达式为生成物浓度计量系数的次方的乘积的时候，同倍数的改变所有离子的浓度，勒夏特列“果不抵因”这个结论似乎是不适用的，也就是说，勒夏特列原理就是一个经验定律，回归到最本质的计算，还是应该用K和计算的反应商Q的关系来描述平衡是否发生移动或者平衡移动的方向。

3  结语

勒夏特列原理的使用具有一定的局限性：这个原理更加注重的是从理论的角度来研究化学平衡问题；勒夏特列原理是一种对化学平衡移动定性的认识，而不是定量的计算。相比之下，化学平衡常数有着科学的理论基础，并经过了严谨的实验验证，它包含了定量的计算。所以计算并比较化学平衡常数与反应商一般作为解决化学平衡移动问题的主要方法。通常勒夏特列原理展示了一个客观变化的共同规律，利用勒夏特列原理分析化学平衡的移动问题时，首先要正确理解影响移动因素改变的实质，然后才能准确地利用勒夏特列原理对化学平衡移动方向做出正确的判断，当平衡体系有多个因素同时发生改变时，应当利用勒夏特列原理进行合理的分析后再给出正确的结论[7]。

参考文献：

[1]Pauling L．College Chemistry．3rd ed．San Francisco：Freeman，1964.

[2]杨永红.化学平衡状态的探讨及教学策略[J].数理化解题研究，2020（15）：97-98.

[3]朱元海，毛国梁，范森.勒夏特列原理的热力学基础及有关争议问题探析[J].化学教学，2020（12）：88-91.

[4]高盘良. Le Chatelier原理的历史终结[J].大学化学，2016， 31（7）： 77-79.

[5]许美.物理的“楞次”携手化学的“勒夏特列”[J].海峡科学，2015（2）：88-89.

[6]王笃年.平衡移动原理及其应用[J].高中数理化，2019（1）：55-56.

[7]梁书.勒夏特列原理与化学平衡常数相得益彰[J].新课程，2016（20）：4-5.

【作者简介】

孙宛莹（1999—），女，汉族，甘肃兰州人，硕士在读，重庆三峡学院研究生。

傅杨武（1973—），男，汉族，重庆垫江人，博士研究生学历，重庆三峡学院教授。