對勒夏特列原理常見誤解分析及教學建議

山東 劉樹領

勒夏特列原理是法國科學家亨利·勒夏特列于 1888年概括提出的。盡管它是源自于對實際工農業生產的一個經驗性總結，但兩次諾貝爾獎得主、著名化學家鮑林曾在學生畢業典禮上告誡學生：“你可以忘記化學中的很多東西，但不要忘記勒夏特列原理”，由此可知勒夏特列原理在化學家眼里是多么的重要。但當前許多教材編者正是基于其源自于經驗總結，故認為其缺少科學推理，且在實際應用中易出現錯誤，導致編寫教材時對其進行淡化處理，沒有給予其應有的重要地位。事實上，在教學中只要勒夏特列原理應用得當，就能避免過多繁雜的定量計算與分析，使得平衡移動方向問題的解答變得簡單，在當前倡導變化觀念與平衡思想等化學核心素養方面具有重要的指導與引導作用。在此拋磚引玉，期待各位教材編寫專家、化學同仁重新審視勒夏特列原理，并給予其足夠的重視。

1 對勒夏特列原理常見錯誤觀點的分析

1.1 對勒夏特列原理內容的翻譯存在誤解

經百度百科搜索，其英文描述“Every system in stable chemical equilibrium submitted to the influence of an exterior force which tends to cause variation either in its temperature or condensation (pressure，concentration，number of molecules in the unit of volume)，in its totality or only in some of its parts,can undergo only those interior modifications change of temperature，or of condensation，of a sign contray to that resulting from the exterior force.”。現將對應的中文譯文摘錄為“任何穩定化學平衡系統承受外力的影響，無論整體地還是僅僅部分地致使其溫度或壓縮度(壓強、濃度、單位體積的分子數)，若它們單獨發生的話，系統可以做內在的調節，使溫度或壓縮度發生變化，該變化與外力引起的改變是相反的。”由勒夏特列原理的原始描述可知，該原理只說明了平衡移動方向與外力(即外界條件)改變方向是相反的，即可以定性判斷平衡移動的方向，但沒有定量分析移動后的結果。由此可知，勒夏特列原理內容并沒有“減弱”這一含義，只有平衡向外界改變的反方向移動這一屬性，所以說當前人教版魯科版等教材把勒夏特列原理內容描述為“如果改變影響平衡的條件之一(如溫度、壓強以及參加反應的化學物質的濃度)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動”，是偏離了勒夏特列原理的本意，出現一些令人遺憾的錯誤也就不可避免，正如“真理越雷池一步就是謬論”。若把“減弱”改為“阻礙”“抵制”等詞語，就能重現勒夏特列原理的偉大。

1.2 勒夏特列原理僅是一個經驗總結，缺少嚴密的理論推導

1.2.1濃度對化學平衡的影響

1.2.2壓強對化學平衡的影響

1.2.3溫度對化學平衡的影響

由上述定量分析可知：改變影響平衡體系(濃度、壓強或溫度)中任一條件時，平衡總是向阻礙這種改變的方向移動，這證明了勒夏特列原理具有嚴密的數學推理依據。

1.3 對三個外界影響因素內涵存在誤解

影響化學平衡的三個外界因素濃度、壓強、溫度，大家都比較熟悉，但在具體應用時常常因其內涵理解出現歧義，而導致在解答問題時不知如何分析。

(1)保持體積不變，升高溫度；

(2)保持溫度和體積不變，充入一定量的氨氣；

(3)保持溫度和體積不變，充入一定量的氦氣；

(4)保持溫度和壓強不變，充入一定量的氦氣；

(5)保持溫度和壓強不變，充入一定量的氮氣。

【分析】(1)體積不變、升高溫度時，有人根據氣體方程pV=nRT知，溫度升高，平衡體系壓強增大，故得出平衡應正向(氣體物質的量減少)移動的錯誤結論，究其錯因就是對溫度與壓強影響存在誤解。溫度影響的外在特征就是指只改變平衡體系的溫度，不改變平衡體系的各組分濃度，而壓強影響的實質特征就是濃度影響。

(2)溫度和體積不變，充入一定量的NH3時，有人依據pV=nRT推知，容器內充入NH3必然導致平衡體系的壓強增大，故得出平衡正向移動的錯誤結論，究其錯因就是對濃度和壓強影響存在認識上的誤解。濃度影響是指平衡體系中只有一種組分的濃度發生變化，而壓強影響是指平衡體系的各組分濃度同等程度地增大或縮小，否則就不屬于壓強影響的范疇。

(3)溫度和體積不變，充入氦氣時，有人依據pV=nRT推知，容器內充入氦氣導致壓強變大，故得出平衡正向移動的錯誤結論，究其錯因就是對壓強影響存在誤解。壓強影響是通過改變反應體系的濃度來實現的，稀有氣體不參與任何化學反應，對平衡體系中各組分的濃度沒有任何影響，故平衡不移動。通常所說的壓強影響是指平衡體系(或反應體系)的壓強，不一定就是容器內的壓強。事實上容器內壓強是平衡體系(或反應體系)壓強與非組分(或雜質)氣體壓強加和而成，當容器內不存在非組分(或雜質)氣體時，則容器內壓強與平衡體系(或反應體系)壓強是等同關系；當容器內存在非組分(或雜質)氣體時，則容器內壓強大于平衡體系(或反應體系)壓強。本題中雖然充入氦氣，但并沒有改變平衡體系的壓強，其簡單判斷方法就是分析平衡體系的各組分濃度有沒有發生變化。

(4)溫度和壓強不變，充入氦氣時，有人根據容器內壓強不變而得出平衡不移動的錯誤結論，究其原因就是沒有理解影響平衡的壓強就是平衡體系的壓強，只有平衡體系的壓強不變時平衡才不發生移動。事實上充入氦氣，容器體積增大，平衡體系的壓強變小，故平衡向逆反應方向移動。

綜上所述，勒夏特列原理中涉及的濃度、壓強、溫度等的具體含義為：濃度改變僅是指溫度不變時平衡體系中的一種組分濃度發生變化；壓強改變僅是指溫度不變時平衡體系的壓強變化，表現在所有氣體組分的濃度均同等程度地發生變化；溫度改變是指在所有組分濃度不變時只有平衡體系的溫度發生變化。

1.4 對勒夏特列原理使用條件的誤解

化學平衡的實質從微觀上講是正逆反應速率相等，從宏觀上講是各組分的濃度不再發生變化，而勒夏特列原理則是研究平衡受到外界因素影響的變化方向，因而運用勒夏特列原理解答相關問題時，首先給定反應是否達到平衡狀態，若沒有達到平衡則不能使用；其次是分析改變了哪一種外界條件，若多種外界條件改變則不能使用。

圖1

【分析】根據平衡實質可知，a、b兩圖象中正逆反應速率曲線的交點恰好是反應達到平衡狀態，交點之前均沒有達到平衡，故不能運用勒夏特列原理，其溫度、壓強的變化可以認為是反應自身進行導致的結果；交點之后的正逆反應速率不再相等，則分別是由外界溫度、壓強變化導致的，因而可以運用勒夏特列原理來解答反應的能量變化(放熱或吸熱)、反應前后氣體的總物質的量變化(變大、變小或不變)等問題，即a圖象中正反應是放熱反應，b圖象中(a+b)

同理對c圖象，根據反應物X的百分含量變化特點可判斷，在Q點之前反應是正向進行，直到Q點時恰好達到平衡，因而Q點之后的變化才能運用勒夏特列原理分析得出正反應為放熱反應。

由上述分析可知，勒夏特列原理使用時首先要找到舊平衡狀態，然后再分析外界改變的是哪一種條件。平衡之前的改變可以認為是反應在達到平衡狀態的過程中自身引發的改變。

1.5 對勒夏特列原理的用途誤解

化學平衡無論如何移動，最終都會達到新的平衡狀態，其中伴隨著組分濃度、百分含量、壓強大小、轉化率等物理量的變化。

( )

A.增大為原來2倍

B.比原來大，但不到2倍

C.不變

D.減小

【分析】此題答案在B、C之間出現爭議。有人依據所學勒夏特列原理認為：在一定溫度下，縮小體積則導致體系壓強增大、CO2濃度瞬間變大，使平衡將逆向移動來減弱體系壓強、CO2濃度增大，故再次平衡后“CO2的濃度比原來大但不到2倍”，即選B 。有人根據平衡常數K=[CO2]可知，溫度不變時則K不變，則新平衡的CO2濃度與原平衡時相同，故答案為C。為何出現此矛盾呢？

其實，平衡移動方向與移動結果是兩個不同的概念，移動方向僅是與外界改變的方向相反，屬于過程階段，而移動結果則是平衡狀態時對應的各種物理量，這個結果可以是原狀態也可以出現變化，故正確答案為C。

2 勒夏特列原理重要性的體現

勒夏特列原理盡管來源于過去實際工業生產經驗的總結，但隨著時代的發展煥發出其科學活力并展現出應用的廣泛性。

2.1 勒夏特列原理具有普適性

科學研究的目的就是從錯綜復雜的現象中找到其隱含的本質關系，進而用通俗易懂的文字或公式表達出來，所以科學不是為了追求復雜與故作深奧，而是為了簡明扼要，通常用模型來體現。勒夏特列原理不但能運用于化學平衡，還能使用于其他的平衡系統，如物理學上粒子之間的引力與斥力之間的均衡關系、物體的靜止或勻速狀態、電磁感應等；化學上離子鍵、共用電子對的穩定，溶液中各種平衡體系等；生物學上的生態平衡、種群平衡、元素或物質的循環系統等；醫學上的免疫系統相對穩定性、內環境酸堿度、血液中紅白細胞的相對穩定等；心理學上的情緒逆反、距離產生美等，都可以運用勒夏特列原理去分析、去理解，都是平衡系統本身對外界因素影響的一種反應與調整，這種調整既可以完全恢復也可以部分恢復。突出勒夏特列原理的靈活運用，能夠使學生感受到不同學科之間的共性與融合，形成完整的科學知識體系，利于培養學生學以致用、靈活遷移解答實際問題的能力。

2.2 勒夏特列原理具有簡潔性

分析或解答問題時，一般習慣于從宏觀角度給予分析與研究，而勒夏特列原理具有得天獨厚的宏觀定性分析功能，因此突出其重要性，利于培養學生的宏觀思維、整體思維及思維的簡潔性。

【分析】平衡中再通入mmol A時，A濃度瞬間增大，故平衡一定正向移動。為了討論方便，不妨先構建等溫等容下的等同平衡，然后再在等溫等壓下把兩個平衡體系加和，最后在等溫等容條件下分析、解答問題。具體過程如圖2所示。

圖2

在兩個平衡體系加和過程中，因溫度與壓強不變，故平衡不發生移動，各組分濃度、轉化率等物理量均無變化，但在加壓下使體積由2V恢復原狀V時，則依據勒夏特列原理較易分析。

(1)當a=(b+d)時，平衡不移動，A平衡轉化率不變。

(2)當a>(b+d)時，平衡正向移動，A平衡轉化率變大。

(3)當a<(b+d)時，平衡逆向移動，A平衡轉化率變小。

假若運用濃度商與平衡常數大小關系來判斷時，則需列三段式來計算(第1次平衡轉化率為x，第2次平衡轉化率為y)。

第1次通入mmol A時,達到平衡時

起始量(mol)m0 0

第2次通入mmol A時,重新達到平衡時

起始量(mol) 2m0 0

由上可知，分析平衡移動方向及平衡轉化率大小關系等問題時，勒夏特列原理更簡潔快速。

3 教學建議

3.1 突出勒夏特列原理的科學性

勒夏特列原理盡管源自于經驗總結，但現在已經通過數理邏輯推理可得，因而在教學中應淡化其是經驗總結的教學意識，畢竟經驗不是科學，是沒有經過嚴密的邏輯推理證明的，可能存在意外情況。因在教學中，從平衡常數與濃度商之間的關系角度給予其定量分析與證明，以突出勒夏特列原理的科學性、邏輯性。

3.2 修改當前勒夏特列原理內容的文字描述

勒夏特列原理只能用來判斷平衡移動的方向、沒有判斷平衡移動結果的功能，所以把人教版教材描述“如果改變影響平衡的條件之一(如溫度、壓強以及參加反應的化學物質的濃度)，平衡將向減弱這種改變的方向移動”中“減弱”修改為“抵制”或“阻礙”，只不過是“抵制”或“阻礙”的結果大多數為減弱、個別為抵消(反應式只有一側為氣體的可逆反應符合)而已。

3.3 突出勒夏特列原理使用的條件