碰撞理論與化學平衡:HSC 化學

了解碰撞理論如何解釋動態平衡中的正向與逆向反應速率。內容包括例題解析、常見迷思,以及具挑戰性的 HSC 類型題目。

想像一個密封燒瓶,裡面的反應物可以轉化為生成物,而生成物也可以再轉回反應物。過了一段時間後,測得的濃度不再改變。你會預測燒瓶內發生了甚麼:反應已經停止,還是兩個方向的反應仍在進行?

第二個答案才是重點。在化學平衡時,粒子仍然持續碰撞並發生反應。正向反應和逆向反應都會繼續進行,但兩者的速率相同。從宏觀上看,結果就是沒有整體變化。

因此,化學平衡既是平衡問題,也是碰撞理論問題。

01從兩個相互競爭的反應開始

考慮以下可逆反應

\[
\ce{2NO2(g) <=> N2O4(g)}
\]

二氧化氮 \(\ce{NO2}\) 可以結合形成 \(\ce{N2O4}\)。同時,\(\ce{N2O4}\) 分子也可以分解,再次形成 \(\ce{NO2}\)。

因此,始終有兩個過程需要考慮:

  • 正向:\(\ce{2NO2 -> N2O4}\)
  • 逆向:\(\ce{N2O4 -> 2NO2}\)

如果你想複習可逆反應本身,請參閱 可逆化學反應:HSC 化學指南。

假設一開始有大量 \(\ce{NO2}\),但沒有 \(\ce{N2O4}\)。預測實驗開始那一刻兩個反應的速率。

正向反應速率相對較高,因為有許多 \(\ce{NO2}\) 粒子可以互相碰撞。逆向反應速率起初為零,因為此時還沒有 \(\ce{N2O4}\)。

但情況會立即開始改變。

隨著 \(\ce{N2O4}\) 形成:

  • \(\ce{NO2}\) 的濃度下降,因此成功的正向碰撞變得較不頻繁,
  • \(\ce{N2O4}\) 的濃度上升,因此逆向反應變得更頻繁。

最後,兩個速率會變得相等。

反應速率對時間圖,顯示正向反應速率從較高值下降,而逆向反應速率從零上升,直到兩者在非零的動態平衡速率下相等。
當可逆反應逐漸達到動態平衡時,正向反應速率下降,而逆向反應速率上升,直到兩者速率相等並維持非零。

速率相等正是動態平衡的核心。

02碰撞理論提供了甚麼解釋

碰撞理論指出,反應粒子在一次碰撞能夠產生反應之前,通常需要符合某些條件。

要使碰撞成為有效碰撞,粒子需要:

  1. 有足夠能量克服活化能 \(E_a\),以及
  2. 具有合適的取向,使化學鍵能夠斷裂和形成。

並不是每次碰撞都會成功。

想像兩個人在擁擠的走廊中奔跑,同時嘗試擊掌。只是撞到彼此並不足夠。他們必須以大致正確的方式相遇,而且還需要有完成這個動作所需的運動狀態。

當然,分子的情況沒有那麼「社交化」。這個類比有用之處在於:相遇次數並不等於成功反應的次數。但這個類比也有局限,因為分子不會自行決定如何碰撞,而且分子反應涉及能量分布、電子排列及化學鍵的變化。

濃度影響碰撞頻率

如果增加某種反應物的濃度,同一體積內就會有更多該反應物的粒子。

這通常表示反應所需粒子之間每秒發生的碰撞次數增加。如果其他條件不變,反應速率就會增加。

對於可逆反應,你必須分別把這個推理套用到正向和逆向過程。

增加反應物的濃度,通常會立即提高正向反應速率。

增加生成物的濃度,通常會立即提高逆向反應速率。

「立即」這個詞很重要。另一個方向的速率可能會在稍後改變,因為混合物的組成接著會開始變化。

溫度影響碰撞能量

提高溫度所造成的影響,不只是令粒子的碰撞稍微更頻繁。

更重要的是,它會改變粒子的能量分布。有較大比例的碰撞具有足夠能量克服活化能。

當溫度升高時,正向和逆向反應都會加快。不過,兩者加快的幅度不一定相同,因為兩個方向通常具有不同的活化能。

正是這個差異,使溫度能夠改變平衡位置。

03平衡並不表示濃度相等

這是最容易犯的錯誤之一。

在平衡時,

\[
r_{\text{正向}} = r_{\text{逆向}}
\]

其中 \(r_{\text{正向}}\) 是正向反應速率,而 \(r_{\text{逆向}}\) 是逆向反應速率。

但這並不表示

\[
[\text{反應物}] = [\text{生成物}]
\]

一個系統在平衡時,反應物的量可以遠多於生成物,也可以是生成物遠多於反應物。重要的是,造成這些濃度變化的微觀過程互相抵消。

想像兩部扶手電梯在兩層樓之間運行。如果每分鐘有 20 人上樓,同時每分鐘有 20 人下樓,那麼每一層樓的人數都可以保持不變。但這並不表示兩層樓的人數相同。

如果把這個類比延伸得太遠,它就會失效:化學反應速率取決於分子碰撞和能量,而不是通勤者。不過,它很好地說明了「速率相等」與「數量相等」之間的差別。

例題:求淨變化速率

對於可逆反應

\[
\ce{A <=> B}
\]

正向反應以 \(0.080\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\) 的速率進行,而逆向反應以 \(0.030\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\) 的速率進行。

計算 \(\ce{B}\) 的淨生成速率。之後,兩個速率都變成 \(0.050\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\)。解釋這代表甚麼。

步驟 1

正向反應生成 \(\ce{B}\),而逆向反應消耗它。

步驟 2

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}} &= r_{\text{正向}}-r_{\text{逆向}}\\
&=0.080-0.030\\
&=0.050\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}
\end{aligned}
\]

因此,\(\ce{B}\) 起初整體以

\[
0.050\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\]

的速率生成。

步驟 3

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}} &=0.050-0.050\\
&=0\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}
\end{aligned}
\]

此時 \(\ce{B}\) 的濃度沒有淨變化。

重點是,兩個反應速率都不是零。兩個反應仍然以 \(0.050\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\) 的速率進行。這是動態平衡,而不是反應停止。

如要更深入了解這項區別,請參閱 HSC 化學中的靜態平衡與動態平衡。

04系統如何趨近平衡

假設一個可逆系統起初主要包含反應物。

最初:

\[
r_{\text{正向}} > r_{\text{逆向}}
\]

因此生成物會累積。

隨著生成物累積,逆向反應會變快。同時,由於反應物逐漸被消耗,正向反應通常會變慢。

最後,

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}.
\]

從這一刻開始,只要外界條件保持不變,各物質的濃度就會保持恆定。

留意碰撞理論在這裡提供了甚麼解釋。我們不需要想像反應 somehow「偵測」到平衡然後自行停止。平衡之所以出現,是因為濃度的變化會改變正向和逆向過程發生的頻率,直到兩者的速率相等。

05平衡受到擾動時會發生甚麼?

當系統已達平衡後,改變其條件可以使兩個反應速率再次變得不相等。

真正有用的問題不只是:「平衡會向哪一邊移動?」

應先問:

擾動發生後,正向和逆向反應速率會立即發生甚麼變化?

這能讓你從分子層面解釋平衡為甚麼會移動。

擾動即時的碰撞理論影響
加入反應物正向反應通常立即加快
加入生成物逆向反應通常立即加快
移除反應物正向反應通常立即減慢
移除生成物逆向反應通常立即減慢
升高溫度兩個方向都加快,但加快幅度不一定相同
加入催化劑兩個方向都加快;在相同溫度下,平衡組成不變
透過壓縮提高氣體濃度碰撞頻率增加;哪個方向增加得較多取決於該反應

接著,系統的組成會改變,直到正向和逆向反應速率再次相等。

這就是許多通常用勒沙特列原理記憶的結果背後,以反應速率為基礎的解釋。

06改變濃度:追蹤反應速率

考慮

\[
\ce{A(aq) + B(aq) <=> C(aq)}
\]

假設系統已處於平衡,因此

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}.
\]

現在加入額外的 \(\ce{A}\)。

混合後的瞬間,可與 \(\ce{B}\) 相遇的 \(\ce{A}\) 粒子更多。因此,有效的正向碰撞會更頻繁。

所以,在最初,

\[
r_{\text{正向}}>r_{\text{逆向}}.
\]

於是會形成更多 \(\ce{C}\)。

隨著這個過程發生:

  • \([\ce{A}]\) 和 \([\ce{B}]\) 從受擾動後的新數值下降,
  • \([\ce{C}]\) 上升,
  • 正向反應速率下降,
  • 逆向反應速率上升。

最後,兩個速率會再次相等。

新的平衡具有一組不同的濃度,但再次達到平衡後,宏觀上依然沒有淨變化。

07壓縮比「碰撞更多」更複雜

對於氣態平衡,減小體積會使相同數目的粒子處於更小的空間內。

碰撞頻率會增加。

因此,很容易作出這樣的預測:「兩個反應都加快,所以其他方面應該不會發生變化。」

有時這個預測是正確的,有時則不是。

你必須考慮每個方向受影響的程度有多大。

例題:根據反應速率預測壓縮的影響

考慮

\[
\ce{2NO2(g) <=> N2O4(g)}
\]

在這個例子中,假設正向和逆向過程都屬於基元步驟,因此

\[
r_{\text{正向}}=k_f[\ce{NO2}]^2
\]

而

\[
r_{\text{逆向}}=k_r[\ce{N2O4}]
\]

其中 \(k_f\) 和 \(k_r\) 是速率常數。

在平衡時,兩個速率均為

\[
0.020\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\]

在恆溫下,容器的體積突然減半。求壓縮後瞬間的正向和逆向反應速率,並預測最初淨反應進行的方向。

步驟 1

在物質的量保持不變的情況下把體積減半,所有氣體濃度都會加倍。

因此,

\[
[\ce{NO2}]_{\text{新}}=2[\ce{NO2}]_{\text{原}}
\]

而

\[
[\ce{N2O4}]_{\text{新}}=2[\ce{N2O4}]_{\text{原}}.
\]

步驟 2

正向反應速率取決於 \([\ce{NO2}]^2\):

\[
r_{\text{正向,新}}
=k_f(2[\ce{NO2}])^2.
\]

因此,

\[
r_{\text{正向,新}}=4r_{\text{正向,原}}.
\]

所以

\[
\begin{aligned}
r_{\text{正向,新}}
&=4(0.020)\\
&=0.080\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

步驟 3

逆向反應速率與 \([\ce{N2O4}]\) 成正比:

\[
r_{\text{逆向,新}}
=k_r(2[\ce{N2O4}]).
\]

因此,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{逆向,新}}
&=2(0.020)\\
&=0.040\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

步驟 4

壓縮後的瞬間,

\[
0.080>0.040.
\]

因此淨反應朝正向進行。

最初的淨反應速率為

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}}
&=0.080-0.040\\
&=0.040\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

所以,整體而言,\(\ce{N2O4}\) 開始形成。

關鍵概念不只是壓縮會造成更多碰撞。壓縮會增加兩個反應速率,但在這個模型中,正向反應的變化幅度較大。

有一點需要注意:一般不能直接從配平後的化學方程式推導速率定律。我們之所以可以使用這些關係,是因為題目已明確指出這些過程可視為基元步驟。

08溫度改變碰撞能量

現在想像把一個處於平衡的混合物加熱。

粒子平均運動得更快,而且能量分布會改變。更多碰撞的能量能夠超過活化能。

因此,兩個反應速率都會增加。

那麼,平衡是否因此不受影響?

不一定。

正向和逆向反應具有不同的活化能。因此,溫度改變可能對其中一個方向的速率影響更大。

對於正向為放熱的反應,

\[
\ce{Reactants <=> Products + heat}
\]

在一般的能量剖面模型中,逆向反應具有較大的活化能。加熱往往會使逆向反應速率按比例增加得更多,因此系統會朝反應物方向移動,直到兩個速率再次相等。

如果正向反應是吸熱反應,加熱則會有利於正向方向。

因此,碰撞理論能夠從微觀層面解釋為甚麼改變溫度可以改變平衡組成。

它也解釋了為甚麼改變溫度與單純改變濃度並不相同。濃度主要改變合適粒子相遇的頻率;溫度則會改變這些碰撞的能量分布,以及速率常數本身。

09為甚麼催化劑不會使平衡移動

假設在一個已達平衡的系統中加入催化劑。

常見的預測是,因為「催化劑會使反應變快」,所以平衡應該向生成物方向移動。

但究竟是哪一個反應變快?

在可逆系統中,催化劑會為兩個方向都提供一條活化能較低的替代反應途徑。

正向反應會變快。

逆向反應也會變快。

在相同溫度下,催化劑不會改變平衡常數,也不會改變平衡組成。

如果系統一開始尚未達到平衡,催化劑會使它更快達到平衡。如果系統已經處於平衡,微觀層面的正向和逆向反應都會加快,但仍然彼此平衡。

這是一幅看似奇怪但很有用的圖像:混合物在粒子層面的反應可以更迅速,但測得的濃度卻完全保持不變。

10串連所有概念的關鍵區別

以下三個量很容易混淆:

量它告訴你甚麼
正向反應速率反應物轉化為生成物的速度有多快
逆向反應速率生成物轉化為反應物的速度有多快
淨反應速率正向與逆向反應速率之差

在平衡時,

\[
r_{\text{淨}}=0
\]

因為

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}.
\]

但是

\[
r_{\text{正向}}\neq 0
\]

而且

\[
r_{\text{逆向}}\neq 0.
\]

這一個區別就解釋了為甚麼平衡被稱為動態平衡。

它也解釋了為甚麼擾動會導致平衡移動。擾動首先會改變其中一個或兩個微觀反應速率。一旦速率不相等,系統的組成就會改變。組成的變化又會再次改變反應速率,直到兩個速率重新相等。

11問題與解答

問題 1

一個密閉容器中存在以下平衡:

\[
\ce{H2(g) + I2(g) <=> 2HI(g)}.
\]

在平衡時,正向反應速率為 \(1.8\times10^{-3}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\)。

寫出逆向反應速率及淨反應速率。解釋為甚麼即使反應仍然持續,各物質的濃度仍保持不變。

解答 1

逆向反應速率為 \(1.8\times10^{-3}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\),淨反應速率為 \(0\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\)。

在平衡時,

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}.
\]

因此,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}}
&=r_{\text{正向}}-r_{\text{逆向}}\\
&=1.8\times10^{-3}-1.8\times10^{-3}\\
&=0\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

反應物仍然在轉化為生成物,但生成物也以相同速率轉化回反應物。因此,濃度沒有淨變化。

一個很容易犯的錯誤,是因為濃度保持恆定就說反應已經停止。濃度恆定代表兩個反應速率互相平衡,而不是反應速率為零。

問題 2

系統

\[
\ce{A(aq) + B(aq) <=> C(aq)}
\]

在恆溫的密閉燒瓶中處於平衡。

在總體積沒有顯著改變的情況下加入一定量的 \(\ce{A}\)。

依次描述:

  1. 加入後的瞬間,正向和逆向反應速率會發生甚麼變化,
  2. 接著各物質的濃度如何開始改變,以及
  3. 新的平衡如何建立。

解答 2

正向反應速率會立即增加,而逆向反應速率不會因同一原因立即增加;之後系統會形成更多 \(\ce{C}\),直到正向和逆向反應速率再次相等。

加入 \(\ce{A}\) 會增加 \([\ce{A}]\)。現在有更多 \(\ce{A}\) 粒子可以與 \(\ce{B}\) 碰撞,因此有效的正向碰撞變得更頻繁。

加入後的瞬間,

\[
r_{\text{正向}}>r_{\text{逆向}}.
\]

因此,淨反應會朝 \(\ce{C}\) 的方向進行。

隨著正向反應進行:

  • \([\ce{A}]\) 會從受擾動後的數值開始下降,
  • \([\ce{B}]\) 下降,
  • \([\ce{C}]\) 上升。

\(\ce{C}\) 濃度上升會增加逆向過程發生的頻率,而 \(\ce{A}\) 和 \(\ce{B}\) 被消耗則會降低正向反應速率。

最後,

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}
\]

再次成立。

容易採用但不完整的說法,是直接說「加入反應物會使平衡向右移」。在這裡這個預測是正確的,但它跳過了作用機制。碰撞理論解釋了這個移動:加入 \(\ce{A}\) 首先使正向反應速率大於逆向反應速率。

問題 3

對於可逆反應

\[
\ce{A <=> B},
\]

在某一瞬間,正向反應速率為 \(6.5\times10^{-4}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\),而逆向反應速率為 \(2.0\times10^{-4}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\)。

  1. 計算 \(\ce{B}\) 的淨生成速率。
  2. 之後,系統達到平衡後加入催化劑。解釋正向反應速率、逆向反應速率、淨反應速率及平衡組成會發生甚麼變化。

解答 3

\(\ce{B}\) 的淨生成速率為 \(4.5\times10^{-4}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\);當系統已達平衡後,加入催化劑會提高兩個微觀反應速率,但淨反應速率仍為零,而且平衡組成不會改變。

對於第 1 部分,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}}
&=r_{\text{正向}}-r_{\text{逆向}}\\
&=6.5\times10^{-4}-2.0\times10^{-4}\\
&=4.5\times10^{-4}\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

正值表示整體而言正在生成 \(\ce{B}\)。

對於第 2 部分,催化劑會降低兩個方向替代反應途徑的活化能。

因此:

  • \(r_{\text{正向}}\) 增加,
  • \(r_{\text{逆向}}\) 增加,
  • 在平衡時兩個速率仍然相等,
  • \(r_{\text{淨}}=0\),
  • 平衡濃度不會改變。

容易產生的誤解是認為催化劑會把系統「推向」生成物。催化劑改變的是達到平衡的速度,而不是固定溫度下的平衡組成。

問題 4

考慮氣態平衡

\[
\ce{A(g) + B(g) <=> 2C(g)}.
\]

假設兩個方向都按基元反應進行,因此

\[
r_{\text{正向}}=k_f[\ce{A}][\ce{B}]
\]

而

\[
r_{\text{逆向}}=k_r[\ce{C}]^2.
\]

系統最初處於平衡,而兩個反應速率都等於 \(0.012\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\)。

在恆溫下,容器突然被壓縮至原來體積的一半。

計算壓縮後瞬間的正向和逆向反應速率。反應最初會向正向、逆向進行,還是兩者皆不是?

解答 4

兩個反應速率都變為 \(0.048\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\),因此沒有最初的淨反應;儘管微觀反應進行得更快,系統仍保持平衡。

體積減半會使所有濃度加倍:

\[
[\ce{A}]_{\text{新}}=2[\ce{A}]_{\text{原}},
\]

\[
[\ce{B}]_{\text{新}}=2[\ce{B}]_{\text{原}},
\]

以及

\[
[\ce{C}]_{\text{新}}=2[\ce{C}]_{\text{原}}.
\]

對於正向反應,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{正向,新}}
&=k_f(2[\ce{A}])(2[\ce{B}])\\
&=4k_f[\ce{A}][\ce{B}]\\
&=4(0.012)\\
&=0.048\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

對於逆向反應,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{逆向,新}}
&=k_r(2[\ce{C}])^2\\
&=4k_r[\ce{C}]^2\\
&=4(0.012)\\
&=0.048\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

因此,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}}
&=0.048-0.048\\
&=0\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

令人意外之處在於,壓縮確實影響了反應:兩個反應現在都快了四倍。然而,它並沒有破壞兩個速率相等的狀態。

一個容易採用的論點是,提高壓力必然會使氣態平衡移動。這並不是一般規則。在這個例子中,配平方程式兩邊的氣體粒子總數相同,而且兩個基元反應速率都增加相同的倍數。

系統仍然保持動態活性,只是反應進行得更快。

問題 5

一個氣態系統遵循以下基元可逆反應:

\[
\ce{A(g) + B(g) <=> 2C(g)}.
\]

它最初在溫度 \(T_1\) 下處於平衡,且

\[
r_{\text{正向}}=r_{\text{逆向}}=0.010\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\]

體積突然減半,同一瞬間,溫度也升高至 \(T_2\)。

體積減半會使所有濃度加倍。在 \(T_2\) 下,與 \(T_1\) 相比,正向反應的速率常數變為三倍,而逆向反應的速率常數變為六倍。

  1. 計算兩項改變發生後瞬間的正向和逆向反應速率。
  2. 寫出淨反應最初進行的方向。
  3. 一名學生認為,因為反應方程式兩邊各有兩摩爾氣體,所以改變體積不可能擾動平衡,因此系統必然仍處於平衡。準確解釋這個推理錯在甚麼地方。

解答 5

正向反應速率會立即變為 \(0.120\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\),逆向反應速率變為 \(0.240\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}\),而系統最初會朝逆向反應。該學生對體積的論述並不完整,因為同時發生的溫度改變會以不同倍數影響兩個速率常數。

先考慮壓縮。

由於體積減半,

\[
[\ce{A}],\ [\ce{B}],\ \text{以及 }[\ce{C}]
\]

都會加倍。

由於

\[
r_{\text{正向}}=k_f[\ce{A}][\ce{B}],
\]

如果保持原來的溫度,兩種反應物濃度都加倍會使正向反應速率乘以

\[
2\times2=4.
\]

溫度改變同時使 \(k_f\) 變為三倍。

因此,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{正向,新}}
&=0.010\times4\times3\\
&=0.120\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

對於逆向反應,

\[
r_{\text{逆向}}=k_r[\ce{C}]^2.
\]

把 \([\ce{C}]\) 加倍會使濃度因素乘以

\[
2^2=4.
\]

較高的溫度使 \(k_r\) 變為六倍。

因此,

\[
\begin{aligned}
r_{\text{逆向,新}}
&=0.010\times4\times6\\
&=0.240\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

以正向方向為正時,立即的淨反應速率為

\[
\begin{aligned}
r_{\text{淨}}
&=0.120-0.240\\
&=-0.120\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}.
\end{aligned}
\]

負號表示淨反應朝逆向進行:整體而言,\(\ce{C}\) 正在轉化為 \(\ce{A}\) 和 \(\ce{B}\)。

該學生的說法中包含一個正確概念。如果溫度保持在 \(T_1\),壓縮會把兩個反應速率都乘以相同的四倍:

\[
0.010\times4=0.040\ \text{mol L}^{-1}\text{s}^{-1}
\]

兩個方向都是如此。

所以,在這個特定反應中,單獨壓縮不會破壞兩個速率相等的狀態。

但溫度也同時改變了。

在 \(T_2\) 下,兩個速率常數並不是以相同倍數改變:

\[
k_f\rightarrow3k_f
\]

而

\[
k_r\rightarrow6k_r.
\]

這會破壞正向和逆向反應速率之間的相等關係。

容易掉入的陷阱,是把「方程式兩邊的氣體摩爾數相同」視為系統不可能移動的普遍理由。這只告訴你在固定溫度下改變壓力或體積會造成甚麼影響。溫度會改變動能分布、速率常數和平衡常數,因此必須分開考慮。

一旦你能以這種方式追蹤一個平衡系統,勒沙特列原理就不再只是一組需要死記的方向規則。下一步是把這些速率變化與反應商 \(Q\) 和平衡常數 \(K\) 聯繫起來:碰撞理論解釋系統如何移動,而 \(Q\) 和 \(K\) 則讓你判斷受到擾動後系統必須朝哪個方向移動。