勒沙特列原理演示舱

勒沙特列原理演示舱是为化学课堂设计的交互式 3D 气相平衡模拟。在密封的玻璃气缸内，配有可拖动的顶部活塞和加热底座套管，36 个碰撞气体分子在反应物和产物之间持续相互转化。学生可以测试吸热的四氧化二氮离解（N2O4 ⇌ 2 NO2，无色蓝绿二聚体分裂为红棕色单体）或放热的哈伯氨合成（N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3）。拖动活塞可立即改变体积和压力，而调整温度则会改变平衡常数 Kc，让学生观察正逆反应速率重新平衡，直至 Q 等于 Kc。

• 在 N2O4 ⇌ 2 NO2 系统中，将温度滑块向 450 K 调高，观察混合气体变深，因为吸热离解向右向棕色 NO2 移动。
• 将顶部活塞向下拖动，将气缸体积从 5.0 L 压缩至 1.8 L，观察 N2O4 二聚体重新形成，因为平衡向气体摩尔数较少的一侧移动。
• 将系统切换为 N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3（放热），并压缩活塞，了解为什么高压有利于哈伯法中的氨生产。
• 降低哈伯系统中的温度，观察放热反应在冷却时如何向产物移动（更高的 Kc）。
• 点击“注入反应物”按钮或点击气缸内的分子，使 Q 降至 Kc 以下，并观察正向反应激增直至恢复平衡。

1. 1利用勒沙特列原理预测可逆气体反应如何响应浓度、压力/体积和温度的变化。
2. 2解释为什么压缩气体混合物会使平衡向气体分子摩尔数较少的一侧移动。
3. 3区分改变反应商 Q 的干扰（体积或浓度）与改变 Kc 本身的温度变化。
4. 4将 N2O4 / NO2 混合气体的宏观颜色变化与二聚体对单体的微观比例联系起来。

教师常问的问题