化學平衡與勒沙特列原理

經典的 2NO₂（棕）⇌ N₂O₄（無色）可逆反應：升溫降溫看氣體變棕變淡、壓縮體積看平衡移動，用 Q 與 K 的追逐理解勒沙特列原理。

t = 0.00 s

濃度對時間

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後，按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

溫度 T（水浴）

容器體積 V

反應：2NO₂（紅棕色）⇌ N₂O₄（無色）＋熱（正向放熱）。
調溫度、壓縮體積或加料後，觀察氣體顏色與 Q 追逐 K 的過程。

平衡判讀

[NO₂]・[N₂O₄]

—

反應商 Q＝[N₂O₄]/[NO₂]²

—

平衡常數 K(T)

—

反應方向

—

畫面符號圖例

密封管 V＝體積；正、逆反應同時進行，達平衡時兩者速率相等、濃度不再變

實驗任務

溫度與顏色：先在 298 K 等系統平衡，再把溫度升到 380 K—— 管中顏色變深還是變淡？正向放熱，升溫把平衡推向哪邊？K 變大還是變小？
壓縮的兩段戲：平衡後快速把體積從 2.0 L 壓到 0.5 L，盯著顏色：瞬間先變深（濃度跳升）、再慢慢變淡（平衡右移）——用 Q 與 K 解釋這兩段變化。
加料預測：平衡後按「加入 N₂O₄」之前，先預測：Q 會暫時大於還是小於 K？反應往哪邊走？按下去驗證你的預測。
K 只看溫度：固定 T＝298，分別在 V＝0.5、1.0、2.0 各記錄一次平衡數據。三組的 [NO₂]、[N₂O₄] 都不同，但 Q＝[N₂O₄]/[NO₂]² 是不是同一個值？

模型與假設

動力學模型：d[N₂O₄]/dt＝k_f[NO₂]²−k_r[N₂O₄]（RK4）， K(T)＝k_f/k_r 依凡特霍夫方程取 lnK＝6857/T−17.8（ΔH≈−57 kJ/mol，298 K 時 K≈180，與實驗值同量級）。
體積與加料：改變 V 時保持莫耳數不變（濃度瞬間跳變）；加料即時增加莫耳數。
顏色：管中紅棕色深淺 ∝ [NO₂]，N₂O₄ 無色。

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2

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32.3%

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82.02%

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