勒沙特列原理：預測平衡點樣回應變化

干擾改變 Q 或 K，系統會恢復平衡

平衡時，反應商 Q 等於平衡常數 K。一個干擾（通常稱為壓力）會以兩種方式之一打破呢個等式。加入或移除某種物種，或者改變氣體混合物嘅體積，會改變 Q，而 K 保持不變。改變溫度會改變 K 本身。無論係邊種，系統之後都會反應，直至 Q 再次等於 K。

如果 Q 而家細過 K，反應向正方向進行，生成產物。如果 Q 而家大過 K，反應向逆方向進行。用呢種方式思考比死記口訣更可靠，因為佢亦會話俾你知幾時完全唔會移動。

「部分」呢個詞好重要。系統永遠唔會完全抵消變化。如果你加入一種反應物，佢喺新平衡時嘅濃度仍然高過加入之前。

加入或移除某種物種

加入反應物或者移除產物，會令 Q 降到低於 K，所以反應向產物方向移動。加入產物或者移除反應物，會令 Q 升到高於 K，所以反應向反應物方向移動。工業同實驗室過程經常利用呢一點。蒸餾出揮發性產物、讓氣體逸出，或者令產物沉澱，都可以令 Q 保持低於 K，推動反應進行到超過單憑 K 所容許嘅程度。

加入更多純固體或純液體唔會令平衡移動。呢啲物質唔會出現喺 Q 中，所以 Q 唔會改變。向一個同 CaO(s) 及 CO₂(g) 處於平衡嘅密封容器加入更多 CaCO₃(s)，CO₂ 壓力保持不變。

實例：碘化氫平衡中加入額外氫氣

OpenStax 第 13.3 節給出 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) 喺 400 °C 嘅 Kc = 50.0。假設該溫度下一個平衡混合物有 [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L。咁 [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L。

而家注入 H₂，令 [H₂] 喺任何反應發生之前跳升到 0.0450 mol/L。Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7。呢個細過 50.0，所以反應向正方向移動，消耗部分加入嘅 H₂。

要求出移動幾多，設有 x mol/L 嘅 H₂ 反應。咁 [H₂] = 0.0450 − x，[I₂] = 0.0150 − x，[HI] = 0.106 + 2x。設 (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0，保留未修約嘅中間數值解二次方程，得 x = 0.00728。物理上合理嘅根係細過 0.0150 嗰個，因為 I₂ 唔可以跌到零以下。新平衡有 [H₂] = 0.0377、[I₂] = 0.00772 同 [HI] = 0.121 mol/L。

對照原理解讀結果。系統消耗咗約四分之一加入嘅氫氣，所以 [H₂] 最後係 0.0377 mol/L，仍然遠高於原本嘅 0.0150。同時，約一半嘅碘轉化成 HI。加入便宜嘅反應物去消耗昂貴嘅反應物，係提高產率嘅標準方法。

壓縮或膨脹氣體混合物

減少氣體混合物嘅體積，會令每個濃度以相同倍數上升。呢樣會唔會改變 Q，取決於 Δn，即氣態產物摩爾數減氣態反應物摩爾數。如果 Δn 為負，壓縮會降低 Q，反應向氣體分子較少嘅一方移動。如果 Δn 為正，壓縮會提高 Q，反應向反應物一方移動，而嗰一方同樣係氣體分子較少嘅一方。如果 Δn 為零，例如 H₂ + I₂ ⇌ 2 HI，壓縮唔會改變 Q，亦唔會移動。

喺恆定體積下加入氬等唔起反應嘅氣體以提高總壓力，乜嘢都唔會改變。參與反應嘅氣體嘅分壓同濃度保持不變，所以 Q 仍然等於 K。喺恆定壓力下加入惰性氣體就唔同：容器必須膨脹，效果同增加體積一樣。

實例：將 NO₂–N₂O₄ 混合物嘅體積減半

對於 25 °C 下嘅 N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g)，OpenStax 第 13.2 節描述一個 [N₂O₄] = 0.042 mol/L、[NO₂] = 0.016 mol/L 嘅平衡混合物。由此得出 Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³。

喺恆溫下將體積減半。兩個濃度都加倍，變成 [N₂O₄] = 0.084 同 [NO₂] = 0.032 mol/L。Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻²，正好係 Kc 嘅兩倍，因為 NO₂ 項係平方。Q > K，所以系統向 N₂O₄ 移動，即係只有一摩爾氣體而唔係兩摩爾嘅一方。

設生成 y mol/L 嘅 N₂O₄。解 (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ 得 y = 0.0044，所以新平衡有 [NO₂] = 0.023 mol/L 同 [N₂O₄] = 0.088 mol/L，同數據一樣取兩位有效數字。棕色嘅 NO₂ 濃度比壓縮前高（0.023 對 0.016 mol/L），所以氣體睇落顏色更深，但而家氮中屬於 NO₂ 嘅比例較細：12%，之前係 16%。

溫度會改變 K 本身

溫度係唯一會改變 K 值嘅常見變化。對於吸熱反應（ΔH > 0），K 隨溫度上升而增大，所以加熱令平衡向產物移動。對於放熱反應（ΔH < 0），K 隨溫度上升而減細，所以加熱令平衡向反應物移動。一個好用嘅記法係：喺吸熱反應中將熱當作反應物，喺放熱反應中將熱當作產物。

OpenStax 第 13.3 節給出 N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) 嘅 ΔH = +57.20 kJ，所以加熱混合物會令佢更啡。變化嘅大小可以用范特霍夫方程估算：ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁)。如果 ΔH° 同 ΔS° 大致保持不變，呢條方程可以由 ΔG° = −RT ln K 同 ΔG° = ΔH° − TΔS° 推出。

實例。由 25 °C（298.15 K）到 50 °C（323.15 K），ln(K₂/K₁) = −(57 200 J/mol ÷ 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹)(1/323.15 − 1/298.15) = 1.785，所以 K₂/K₁ = 6.0。由 25 °C 時 Kp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 開始（Δn = 1，壓力以 atm 表示），50 °C 時 Kp 大約係 0.9。溫度上升 25 度，平衡常數增加約六倍。

催化劑唔會令平衡移動。佢令正反應同逆反應嘅活化能同等降低，所以會更快達到平衡，但 K 同平衡組成都唔變。

哈柏–博施法製氨：平衡產率同速度

氨嘅工業合成 N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g) 展示咗呢個原理點樣指導實際選擇。OpenStax 第 13.3 節給出 ΔH = −92.2 kJ。反應係放熱，所以較低溫度會得到較大嘅 K，平衡時氨較多。四摩爾氣體變成兩摩爾，所以高壓亦有利於生成氨。

難處在於速度。喺低溫下，反應慢到冇實際用途。OpenStax 描述咗折衷方案：壓力約 150 至 250 atm，溫度 400 至 500 °C 並使用催化劑令速率保持實用，以及持續將氨從混合物中移走，令 Q 保持低於 K。溫度係為咗速率而揀，代價係 K 較細，而其他條件則盡量挽回產率。

會出錯嘅勒沙特列預測

當預測令你冇把握，就寫出 Q，改變有關嘅量，再比較新嘅 Q 同 K。呢個檢查幾乎可以解決下面每一種情況。

• 話濃度或者體積改變時 K 會改變。只有溫度先會改變 K。
• 壓縮 Δn = 0 嘅反應（例如 H₂ + I₂ ⇌ 2 HI）之後預測會移動。
• 喺恆定體積下加入惰性氣體之後預測會移動。
• 加入更多純固體或純液體之後預測會移動。
• 聲稱催化劑會提高平衡產率。佢只會加快達到平衡。
• 假設系統完全抵消變化。加入嘅反應物最終濃度仍然高過原本。
• 判斷壓力變化點樣起作用時，計算所有摩爾數，而唔係只計氣體摩爾數。