化學平衡常數淺述

徐昭

摘 要： 化學平衡常數是對化學平衡進行定量研究的最重要參數。新課改以來，全國各省高考試題表明，對于化學平常數的考察，除教材難度的考點外，還存在教材沒有明確強調的考點，如何應對化學平衡常數全方位、多角度的考察？化學平衡常數包含了哪些要點？怎樣求化學平衡常數？怎樣用化學平衡常數？用化學平衡常數可以求什么內容？作什么判斷？本文就對“化學平衡常數”進行全面的介紹。

關鍵詞： 化學平衡常數 規則 意義 單位

化學平衡是中學化學最重要的平衡之一，對化學平衡進行定量研究最重要的參數就是化學平衡常數。《2013年普通高等學校招生全國統一考試大綱》（理科·課程實驗標準版）對化學平衡常數提出了明確的要求，即“理解化學平衡常數的含義，能夠利用化學平衡常數進行簡單的計算”，可見高考對于“化學平衡常數”的考察是必然的。而在現行人教版選修4（化學反應原理）中，關于化學平衡常數的表述不多，教材只是強調了“化學平衡常數”的定義，“化學平衡常數”只受溫度影響，與反應物和生成物的濃度變化無關，第一個例題求化學平常數，第二個例題用化學平衡常數。

新課改以來，全國各省高考試題表明，關于化學平常數的考察，除教材難度的考點外，還存在教材沒有明確強調的考點，現對“化學平衡常數”進行全面的介紹。

對于一般的可逆反應：aA+bB？葑gG+hH，在一定溫度下，達到平衡時，體系中物質的濃度間有如下關系：

[G]■[H]■/[A]■[B]■=K（K稱為該反應的化學平衡常數）

平衡常數能表明化學反應進行的程度。一般來說，K>10■，可視為正向反應進行完全，而K<10■時，視為反應不能進行，當10■

1.平衡常數的書寫規則

①如果有固體和純液體參加反應，它們的濃度不寫在平衡常數表達式中，因為它們的濃度是固定不變的，平衡常數的表達式中只包括氣態物質和溶液中各溶質的濃度。

如：CaCO■（s）？葑CaO（s）+CO■（g） Kc=[CO■]

CO■（g）+H2（g）？葑H■O（1）+CO（g） Kc=[CO]/[CO■][H■]

②稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度不寫在平衡關系式中。

如：Cr■O■■+H■O=2Cr■O■■+2H■ Kc=[CrO■■]■[H■]2/[Cr■O■■]

但是，非水溶液中的反應，如果反應式中有水（即：有水參加或有水生成），此時水的濃度不可視為常數，必須寫入平衡關系式中。如：C■H■OH+CH■COOH？葑CH■COOC■H■+H■O，有：

Kc=[CH■COOC■H■][H■O]/[C■H■OH][CH■COOH]

③同一化學反應，可以用不同的化學方程式表示，每個化學方程式都有自己的平衡常數關系式及相應的平衡常數。如：373K時，N■O■和NO■的平衡體系：

N■O■（g）？葑2NO■（g） K■=[NO■]■/[N■O■]=0.36

1/2N■O■（g）？葑NO■（g） K■=[NO■]/[N■O■]■=0.60

2NO■（g）？葑N■O■（g） K■=N■O■/[NO■]■=2.78

④對于氣體反應，寫平衡常數關系式時，除可以用平衡時的物質的量濃度表示外，也可用平衡時各氣體的分壓表示。如：

N■（g）+3H■（g）？葑2NH■（g）

可以寫出兩個平衡常數關系式：Kc=[NH■]■/[N■]·[H■]■ Kp=P■■/P■·P■■

Kc是以物質的量的濃度表示的平衡常數，其關系式中的[NH■][N■][H■]是各物質的平衡濃度。Kp是以各物質的分壓表示的平衡常數，關系式中的P■、P■、P■是各物質的平衡分壓。

2.平衡常數的意義

平衡常數的大小能表示可逆反應進行的程度。各個化學反應的平衡常數的大小相差很大，平衡常數越大，表示生成物平衡濃度越大，反應物平衡濃度越小，也就是反應進行得越徹底。例如：27℃時，反應N■+O■？葑2NO的K=3.84×10■，反應2SO■+O■？葑2SO■的K=3.10×10■。這說明上述兩個反應達到平衡后，前者反應的程度甚小，幾乎可以認為沒有發生反應；后者基本上趨于完全反應，轉化率特別高。

利用平衡常數還可以判斷可逆反應進行的方向。

對于可逆反應：aA+bB？葑pC+qD，若給定A、B、C和D的濃度，則可利用平衡常數K判斷反應進行的方向。其方法為：把這些物質的濃度代入平衡常數表達式中進行計算，把計算結果與平衡常數進行比較：

當[C]■[D]■/[A]■[B]■=K時，此反應處于平衡狀態；

當[C]■[D]■/[A]■[B]■

當[C]■[D]■/[A]■[B]■>K時，此反應就向逆反應方向進行。

3.平衡常數的單位

平衡常數有單位，由于意義不大，通常不寫。有的反應平衡常數單位是1，有的不是1。如：

H■+I■？葑2HI平衡常數單位是1

N■O■（g）？葑2NO■（g）平衡常數單位是mol/L

N■（g）+3H■（g）？葑2NH■（g）平衡常數單位是L■/mol■

[例1]有一密閉抽成真空的容器內，放有無水FeSO■與0.095 mol硫黃，通入純氧，把體系加熱，使它們發生化學反應。在恒定101325Pa及927K下長時間保持平衡，經分析該條件下平衡氣相含氧0.005mol，殘渣中并未發現殘存的硫，試通過計算說明該條件下殘渣是什么。

已知此條件下：

2FeSO■（s）？葑Fe■O■（s）+SO■（g）+SO■（g） K■=1.63×1O9Pa

2SO■（g）？葑2SO■（g）+O■（g） K■=5066.25Pa

[分析]通入純氧反應后，無殘存硫，說明全部被氧化為SO■和SO■，若假定第一個反應不發生，則SO■、SO■和O■的分壓必須滿足第二個平衡。因為NO2已知，故可由K■值求出Pso■和Pso■，然后求出第一個反應的Qp，并與K■比較，從而判斷假設是否正確，分析如下：

若生成SO■為xmol，則SO■為：（0.095-x）mol。有：

n■=（0.095-x）+x+0.005=0.1

2SO■（g）？葑2SO■（g）+O■（g）

K■=■=■=5066.25mol/L

所以，x=0.0475mol。

對于反應（1）Q■=Pso■·Pso■=（■×101325）■=2.3×10■（Pa■）>Kp。

所以，此時FeSO■不可能發生分解，殘渣為無水FeSO■。

[練習]平衡常數Kc的數值大小，是衡量化學反應進行程度的標志。在25℃時，下列反應的平衡常數如下：

N■（g）+O■（g）？葑2NO（g） K■=1×10-30

2H■（g）+O■（g）？葑2H■O（g） K■=2×1081

2CO■（g）？葑2CO（g）+O■（g） K■=4×10-92

（1）常溫下，NO分解產生O■反應的平衡常數的表達式為K=？搖 ？搖。

（2）常溫下，水分解產生O■，此時平衡常數值約為K=？搖 ？搖。

（3）常溫下，NO、H■O、CO■三種化合物分解放出氧氣的傾向大小順序為？搖 ？搖。

（4）北京市政府要求全市對所有尾氣處理裝置完成改裝，以求基本上除去氮氧化物、一氧化碳污染氣體的排放，而改裝后的尾氣處理裝置主要是加入有效催化劑，請你根據以上有關數據分析僅使用催化劑除污染氣體的可能性。

參考答案：

（1）K=CN■CO■/C■NO

（2）5×10■

（3）NO>H■O>CO■

（4）NO、CO與O■反應進行的程度很大，使用合適的催化劑加快反應速率，在水蒸氣存在下生成HNO■和CO■，則基本上可以除去污染氣體。

參考文獻：

[1]教育部考試中心編.2013年普通高等學校招生全國統一考試大綱（理科·課程實驗標準版）.高等教育出版社.

[2]總主編王祖浩.主編鄧立新.化學競賽教程.華東師范大學出版社.

[3]南京師范大學無機化學教研室編.無機化學.高等教育出版社.北京師范大學華中師范大學.