关于此实验
探索淡黄色 N₂O₄ 与棕色 NO₂ 之间的可逆气相反应。在这个吸热模型中，加热会促进解离，而压缩会使平衡向气体分子数较少的一侧移动。比较两个反应的速率：在动态平衡时，尽管两个反应仍在持续进行，反应速率却会相等。每次更改参数，都会根据所选的初始量重新开始运行。
学习目标
- 区分动态平衡与反应已经停止
- 预测温度、体积和初始浓度对平衡组成的影响
- 用平衡浓度商关联相等的正反应速率和逆反应速率
- 将勒夏特列原理应用于温度和体积的变化
- 解释为什么改变体积不会改变 Kc，却会改变平衡时各物质的量
使用方法
- 1在 298 K、1 L 条件下运行，直到两个速率读数趋于相等。比较两种浓度。
- 2将温度升至 350 K，开始新一轮运行，并比较最终棕色 NO₂ 的浓度和 Kc。
- 3在温度不变的情况下减小体积，并比较最终的物质的量、浓度和压力。
- 4使用“初始 NO₂ 量”滑块添加一些初始 NO₂，并观察初始逆反应速率以及达到平衡的过程。
- 5将体积设为 5 L，并与 1 L 的情况比较达到平衡所需的时间。
模型
假设
- 气体为理想气体，混合均匀，并且在每次运行期间保持温度和体积均匀且固定。
- 选定的教学参数为：298 K时Kc = 0.006 mol/L，反应焓为57 kJ/mol，逆反应速率常数为5 L/(mol s)。这些数值仅用于说明，并非根据实验数据拟合得出。
- 逆反应速率常数保持不变，正反应速率常数为 kr × Kc。解析解能精确守恒 NO₂ 当量。
- 每次运行都从 0.10 mol N₂O₄ 和选定量的 NO₂ 开始。粒子图标用于标识物种，并不代表准确的原子结构。
在课堂上试试这个实验
- Q1在这个模型中，为什么温度升高时棕色气体会变多？
- Q2压缩是否必然会降低最终的 NO₂ 浓度？还是说物质的量和浓度可能会出现不同的变化？
- Q3在平衡状态下，为什么正逆反应速率都可以大于零，而净浓度变化却为零？
- Q4将装有棕色气体的密闭烧瓶放入冰水中，颜色会怎样变化？为什么？
- Q5催化剂会使两个反应的速率同等加快。它会改变最终浓度吗？
常见问题
改变体积会改变Kc吗？
在温度不变时，不会。体积会改变浓度，进而使平衡时的物质的量发生变化。在选定的热力学模型中，Kc会随温度变化。
为什么加热会从时间零点开始生成一条新曲线？
对照实验会比较使用所选初始量进行的多个独立封闭系统实验。它们不会模拟在一次连续实验中逐渐升温或用活塞压缩的过程。
为什么用 N₂O₄ 和 NO₂ 作例子？
这是经典的课堂演示，因为 NO₂ 呈棕色，而 N₂O₄ 几乎无色。装有混合气体的密封管在热水中会明显变深，在冰水中则会褪色，因此很容易观察到平衡移动。