고등학교 2~3학년 (16-18세)

평형의 이동

Le Chatelier's Principle

평형에 이른 반응에 반응물을 더 넣거나 압력이나 온도를 바꾸면, 평형은 그 자리에 머물지 않고 새 평형으로 옮겨 가요. 이때 평형은 가해진 변화를 줄이는 쪽으로 이동하는데, 이를 르 샤틀리에 원리라고 해요. 반응물을 늘리면 그것을 쓰는 정반응 쪽으로, 압력을 높이면 기체 분자 수가 적은 쪽으로 이동해요. 농도와 압력을 바꿔도 같은 온도에서는 평형 상수 K 가 그대로이고, 온도를 바꿀 때만 K 자체가 달라져요. 촉매는 평형 위치를 바꾸지 않고 평형에 이르는 시간만 줄여요. 그림에서 반응물의 양과 압력을 바꾸면 새 평형의 농도와 분자 수가 어느 쪽으로 옮겨 가는지 확인할 수 있어요.

평형은 변화를 덜어 내는 쪽으로 움직인다

💡 탄산음료 뚜껑을 열면

①평형은 정반응과 역반응이 맞서 균형을 이룬 상태다

②여기에 바깥에서 변화를 주면, 계는 그 변화를 조금 덜어 내는 쪽으로 반응해 새 평형을 찾는다

③반응물을 더 넣으면 그것을 쓰는 정반응이, 압력을 높이면 기체 분자 수를 줄이는 쪽이 우세해진다

④탄산음료 뚜껑을 열면 압력이 낮아져 녹아 있던 CO₂ 가 기체로 빠져나오는 쪽으로 평형이 이동하고, 그래서 거품이 난다

⑤이 경향을 정리한 것이 르 샤틀리에 원리다

농도를 바꿀 때

더하거나 뺀 [A]0 mol/L

농도 변화

[반응물] ↑ → 정반응 쪽으로 이동 → 생성물 ↑

늘어난 물질을 써 버리는 쪽, 줄어든 물질을 다시 만드는 쪽으로 이동한다

🔍 그 방향으로 이동하는 까닭

①처음 평형에서는 [A] = [B] = 1 mol/L 이고 K = 1 이다

②A 를 0.5 mol/L 더한 직후에는 Q = [B] / [A] = 1 / 1.5 ≈ 0.67 로 K 보다 작다

③Q < K 이므로 정반응이 진행해 A 가 B 로 바뀌고, [A] = [B] = 1.25 mol/L 에서 다시 Q = K 가 된다

④더한 0.5 mol/L 가운데 절반만 B 로 바뀌어서, 새 평형에서도 A 는 처음보다 많다. 평형 이동은 변화를 줄일 뿐 없애지는 못한다

⑤A 를 빼면 Q > K 가 되어 역반응이 진행한다

압력을 바꿀 때

압력 P2 atm

압력 효과

P ↑ → 기체 분자 수가 적은 쪽으로 이동

분자 수를 줄여 늘어난 압력을 덜어 낸다. 양쪽 기체 분자 수가 같으면 이동하지 않는다

💡 온도를 바꿀 때

①온도를 높이면 흡열 반응 쪽으로 이동한다. 열을 흡수해 온도 상승을 덜어 내는 방향이다

②온도를 낮추면 발열 반응 쪽으로 이동한다

③농도나 압력 변화와 달리 온도 변화는 K 값 자체를 바꾼다

④N₂O₄ ⇌ 2NO₂ 의 정반응은 흡열이어서, 온도를 높이면 갈색 NO₂ 가 늘어 기체의 색이 진해진다

촉매와 평형

🔍 촉매는 평형을 이동시키지 않는다

①촉매는 정반응과 역반응의 속도를 똑같은 비율로 높인다

②그래서 평형에 이르는 시간만 짧아지고, 평형 위치와 K 는 그대로다

③부피가 일정한 용기에 반응하지 않는 기체(He 등)를 넣으면 전체 압력은 오르지만 각 기체의 분압이 그대로여서 평형도 그대로다

예제로 익히기

예제 1

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) 평형에서 압력을 높이면 평형은 어느 쪽으로 이동하는가?

압력을 높이면 기체 분자 수를 줄이는 쪽으로 이동한다.

반응물 쪽은 1 + 3 = 4 mol, 생성물 쪽은 2 mol 이므로 분자 수가 적은 생성물 쪽, 곧 정반응 쪽으로 이동한다.

▸ 정반응 쪽 (NH₃ 가 늘어난다)

암모니아를 만드는 하버 공정에서 높은 압력을 쓰는 까닭이 이것이다. 양쪽 기체 분자 수가 같은 반응이라면 압력을 바꿔도 평형은 그대로다.

예제 2

정반응이 발열(ΔH < 0)인 평형에서 온도를 높이면 평형은 어느 쪽으로 이동하고, K 값은 어떻게 변하는가?

온도를 높이면 열을 흡수하는 쪽, 곧 흡열인 역반응 쪽으로 이동한다.

새 평형에서는 생성물이 줄고 반응물이 늘어 K 가 작아진다. 온도는 K 를 바꾸는 유일한 조건이다.

▸ 역반응 쪽으로 이동, K 감소

발열 반응은 온도를 높이면 K 가 작아지고, 낮추면 K 가 커진다. 흡열 반응은 그 반대다.

총정리

르 샤틀리에 원리

바깥에서 준 변화 → 그 변화를 줄이는 쪽으로 평형 이동

농도 · 압력 변화에서는 K 가 그대로이고, 온도 변화에서만 K 가 바뀐다

수능 유형 변형

다음 중 평형 N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)의 평형 위치를 이동시키지 않는 조작은?

①온도를 높인다

②용기 부피를 줄여 압력을 높인다

③NO₂를 더 넣는다

④정촉매를 넣는다

⑤N₂O₄를 제거한다

▸ ④ 정촉매를 넣는다

촉매는 정반응과 역반응의 속도를 똑같이 높여 평형에 이르는 시간만 줄인다.

평형 위치와 K 는 변하지 않으므로 ④ 가 평형을 이동시키지 않는다. 나머지는 온도, 압력, 농도를 바꾸는 조작이다.

🎯 시험 포인트

①농도를 높이면 그 물질을 써 버리는 쪽으로 이동한다

②압력을 높이면 기체 분자 수를 줄이는 쪽으로 이동한다

③온도를 높이면 흡열 쪽으로 이동하고 K 값이 바뀐다

④촉매는 평형 위치를 바꾸지 않고 평형에 이르는 시간만 줄인다

⑤부피가 일정할 때 비활성 기체를 넣어도 평형은 그대로다

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화학 평형

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마지막 수정 2026-10-17

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