化学自习室移动版

【导读】范特霍夫方程很好的描述了可逆反应的化学平衡常数(K)与温度(T)的关系，其核心规律:平衡常数随温度的变化取决于反应的热效应(ΔH)。

①吸热反应(ΔH＞0)：K随温度升高而增大；

②放热反应(ΔH＜0)：K随温度升高而减小。

一：范特霍夫方程是什么？

范特霍夫方程建立了K与T的定量关系:

积分形式(假设ΔH不随温度变化):

K₁，K₂：温度T₁，T₂时的平衡常数

ΔH：标准反应焓变(吸热为正，放热为负)

R：气体常数(8.314 J/mol·K)

由范特霍夫方程可明确得出结论：

1.ΔH＞0(吸热)→lnK随1/T减小而增大→升温使K增大

2.ΔH＜0(放热)→lnK随1/T减小而减小→升温使K减小

二：吸热反应K值变化的典例(升温使K增大)

反应：合成氨的逆反应(氨的分解)2NH₃(g)⇌N₂(g)＋3H₂(g) ΔH=＋92.4kJ/mol

温度对K的影响：

温度从25°C→500°C，K_p值从1.5×10^－6提升6.7×10⁴，所以温度越高其分解越彻底。由此：在吸热反应中，升温使平衡向正反应方向(分解)移动，K_p值增大。

三：放热反应K值变化的典例(升温使K减小)

反应：合成氨(工业哈伯法)N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g)ΔH=−92.4kJ/mol

温度对K_p的影响：

温度从25°C→500°C，K_p从6.8×10⁵暴跌至1.5×10⁻⁵，所以温度上升氨的产率急剧下降。由此：工业合成氨中低温利于平衡右移(K_p大)，但温度降低会带来反应速率极慢；高温加快反应速率，但K_p极小，所以需折中选择400－500°C，并使用铁媒催化剂。

四：特殊反应ΔH数值较小时K值变化不大

反应：水煤气变换反应 CO(g)＋H₂O(g)⇌CO₂(g)＋H₂(g)ΔH=−41.2kJ/mol(弱放热)

温度对K的影响(近似计算)：

T₁=298K时，K₁≈1.0×10⁵

T₂=700K时：

升温使K减小，但变化幅度不大(因ΔH较小)。

五：用勒夏特列原理的视角解释升温对K值的影响

升高温度时，平衡向吸热方向移动，以减弱温度升高的影响，所以温度升高时，吸热反应的K增大，放热反应的K减小。

六：为什么温度不影响平衡常数单位？

平衡常数K的单位由反应计量数决定(如K_p单位为(atm)^Δn)，但数值大小由ΔG=−RTlnK关联。

温度T变化时，ΔG中的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)共同作用，通过范特霍夫方程体现为K的变化。