關於此實驗
探索淡黃色 N₂O₄ 與棕色 NO₂ 之間的可逆氣相反應。在這個吸熱模型中，加熱會促進解離，而壓縮會使平衡移向氣體分子數較少的一側。比較兩個反應的速率：在動態平衡時，儘管兩個反應仍持續進行，反應速率卻會相等。每次變更參數，都會根據所選的初始量重新開始執行。
學習目標
- 區分動態平衡與反應已停止
- 預測溫度、體積和初始濃度對平衡組成的影響
- 用平衡濃度商關聯相等的正反應速率和逆反應速率
- 將勒沙特列原理應用於溫度和體積的變化
- 說明為什麼改變體積不會改變 Kc，卻會改變平衡時各物質的量
使用方法
- 1在 298 K、1 L 條件下執行，直到兩個速率讀數趨於相等。比較兩種濃度。
- 2將溫度升至 350 K，開始新一輪執行，並比較最終棕色 NO₂ 的濃度和 Kc。
- 3在溫度固定的情況下減小體積，並比較最終的物質量、濃度和壓力。
- 4使用「初始 NO₂ 量」滑桿加入一些初始 NO₂，並觀察初始逆反應速率以及達到平衡的過程。
- 5將體積設為 5 L，並與 1 L 的情況比較達到平衡所需的時間。
模型
假設
- 氣體為理想氣體，混合均勻，並且在每次執行期間保持溫度和體積均勻且固定。
- 選定的教學參數為：298 K 時 Kc = 0.006 mol/L，反應焓為 57 kJ/mol，逆反應速率常數為 5 L/(mol s)。這些數值僅供說明，並非根據實驗數據擬合而得。
- 逆反應速率常數保持固定，正反應速率常數為 kr × Kc。解析解能精確守恆 NO₂ 當量。
- 每次執行都從 0.10 mol N₂O₄ 和選定量的 NO₂ 開始。粒子圖示用來標示物種，並不代表準確的原子結構。
在課堂上試試這個實驗
- Q1在這個模型中，為什麼溫度升高時棕色氣體會變多？
- Q2壓縮是否必然會降低最終的 NO₂ 濃度？還是說物質的量和濃度可能會有不同的變化？
- Q3在平衡狀態下，為什麼正逆反應速率都可以大於零，而淨濃度變化卻為零？
- Q4將裝有棕色氣體的密閉燒瓶放入冰水中，顏色會如何變化？為什麼？
- Q5催化劑會同等加快兩個反應。它會改變最終濃度嗎？
常見問題
改變體積會改變 Kc 嗎？
溫度固定時，不會。體積會改變濃度，進而使平衡時的物質的量發生變化。在選定的熱力學模型中，Kc 會隨溫度改變。
為什麼加熱會從時間零點開始產生一條新曲線？
對照實驗會比較使用所選初始量進行的多個獨立封閉系統實驗。它們不會模擬在一次連續實驗中逐漸升溫或用活塞壓縮的過程。
為什麼用 N₂O₄ 和 NO₂ 作為例子？
這是經典的課堂示範，因為 NO₂ 呈棕色，而 N₂O₄ 幾乎無色。裝有混合氣體的密封管在熱水中會明顯變深，在冰水中則會褪色，因此很容易觀察到平衡移動。