化學平衡常數淺析

沈天樂

化學平衡常數是化學可逆反應在一定條件下達到平衡的標志，也是化學反應自動進行的深度標志，在無機化學的研究中發揮著重要作用。因此，以化學平衡常數為研究中心，可以從本質上解釋化學平衡移動的規律，利用化學平衡常數將化學平衡理論、電離平衡理論、鹽類水解理論相聯系，更可以解釋平衡常數的科學性。

一、化學平衡的定義

化學平衡是指在宏觀條件一定的可逆反應中，化學反應正逆反應速率相等，反應物和生成物各組分濃度不再改變的狀態。

1864年，古德伯格（G.M.Guldberg）提出化學平衡常數，成為化學平衡的動力學真實圖像。在一定溫度下，可逆反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，也不管反應物起始濃度大小，最后都達到平衡。這時，各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值是個常數，這個常數叫化學平衡常數。

對于化學平衡狀態的通用表達為：mA+nB pC+qD，其平衡濃度存在下列公式：k=■

在任何一個打到平衡狀態的化學反應中，K的值都是一個定數，即化學平衡常數。

通常，我們可以分別通過化學方法和物理方法來測定平衡常數，化學方法是通過化學分析法測定反應達到平衡時各物質的濃度。但必須防止因測定過程中加入化學試劑而干擾了化學平衡。因此，在進行化學分析之前，必須使化學平衡“凍結”在原來平衡的狀態。物理方法就是利用物質物理性質的變化測定達到平衡時各物質濃度的變化，如通過測定體系的折光率、電導、顏色、壓強或容積的改變來測定物質的濃度。物理方法的優點是在測定時不會干擾或破壞體系的平衡狀態。

二、化學平衡的物理意義

通過化學平衡常數的公式可以看到，其具有獨特的物理特性，其物理意義為：借助化學平衡常數與濃度商的對比可以判別一個反應是否達到平衡狀態；平衡常數數值的大小是反應進行程度的標志，它能很好地表示出反應進行的完全程度——一個反應的K值越大，說明平衡時生成物的濃度越大，反應物剩余濃度越小，反應物的轉化率也越大，也就是正反應的趨勢越強；平衡常數是化學反應的特性常數，它不隨物質的初始濃度 （或分壓）而改變，僅取決于反應的本性，一定的反應，只要溫度一定，平衡常數就是定值。

平衡常數表達式表明在一定溫度下，體系達成平衡的條件。對于一般可逆反應：mA+nB pC+qD，其平衡濃度存在下列公式：K=■

平衡常數K只受溫度影響，既與任何一種反應物或生成物的濃度變化無關，也與壓強的改變無關。由于催化劑同等程度地改變正逆反應速率，故平衡常數不受催化劑影響。任何可逆反應，當溫度保持不變，改變影響化學平衡的其他條件時，即使平衡發生移動，K值不變。其他條件不變時，若正反應是吸熱反應，由于升高（或降低）溫度時平衡向正（或逆）反應方向移動，K增大（或減小）；若正反應是放熱反應，由于升高（或降低）溫度時平衡向逆（或正）反應方向移動，K減小（或增加）；所以溫度升高時平衡常數可能增大，也可能減小，但不會不變。

三、平衡常數的多領域分析

在科學研究的不同領域內，平衡現象無處不在。在溶液體系、氣相平衡、固液兩相平衡體系中，都存在著平衡狀態，每一個平衡狀態都有一個用于表達平衡狀態的平衡常數的存在，從化學平衡常數K的角度上進行廣義的分析和拓展，可以引導出更多領域的平衡常數，其具有共同的常數特征，且可以廣泛應用于工程應用中。

在氣相平衡系統中，由多種混合物構成一個封閉系統，并有氣—液兩相共存，一定的溫度和壓力下，兩相達到平衡時，各組分在汽液兩相中的化學位趨于相等。因此，可以用氣相平衡常數表示其平衡的標志。工程上常利用相平衡常數計算液化石油氣的氣相組成和液相組成。

在沉淀平衡系統中，難溶電解質盡管難溶，但還是有一部分陰陽離子進入溶液，同時進入溶液的陰陽離子又會在固體表面沉積下來。當這兩個過程的速率相等時，難溶電解質的溶解就達到平衡狀態，固體的量不再減少。此時，用沉淀平衡常數（簡稱溶度積）來表示其平衡的標志。

在電離平衡系統中，具有極性共價鍵的弱電解質溶于水時，其分子可以微弱電離出離子。同時，溶液中的相應離子也可以結合成分子，弱電解質分子電離出離子的速率不斷降低，而離子重新結合成弱電解質分子的速率不斷升高，當兩者的反應速率相等時，溶液便達到了電離平衡。此時，溶液中電解質分子的濃度與離子的濃度分別處于相對穩定的狀態，達到動態平衡，用電離平衡常數表示其平衡標志。

四、結論

本文通過多種角度對化學平衡常數進行了詳細分析，可以發現，化學平衡只是一種相對的、暫時的狀態，當平衡條件改變時，會破壞原來的平衡狀態。從廣義的分析上來看，平衡狀態存在于各個領域內，在以后的研究中，如果將化學平衡常數的特性推廣到更廣闊的領域內，將可以更靈活地運用平衡常數判斷各類系統反應的可能性、預言反應的方向與計算反應進行的程度等。

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