對化學平衡常數單位含義的探討

金麗麗 劉會文

【關鍵詞】 化學教學；化學平衡常數；單位

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 C

【文章編號】 1004—0463（2015）07—0115—01

化學平衡常數是高考考試大綱新增內容。從近幾年的高考中發現，化學平衡常數早已成為高考命題的熱點內容，而化學平衡常數有無單位在高考試題中一直未引起學者們重視。下面以近幾年高考試題為例，將化學平衡常數在高考中有無單位進行分析。

在中學教材中，化學平衡常數是不帶單位的。在2012年海南卷中也沒帶單位，但在2014年的全國Ⅱ卷中卻帶了單位，到底帶不帶單位成了學生學習中的疑點，要解決這個問題，就需搞清楚化學平衡常數單位的含義。

化學平衡常數用符號K表示，它有兩種：標準平衡常數和非標準平衡常數。根據平衡時生成物對反應物的壓力商或濃度商表示的平衡常數是經驗平衡常數（Kp或Kc），或稱為非標準平衡常數；用標準熱力學函數算得的平衡常數是標準平衡常數，記作K，又稱之為熱力學平衡常數。本文從質量作用定律和熱力學基本方程式兩個方面闡明了化學平衡常數有無單位。

1.由質量作用定律導出的化學平衡常數

在溫度T時， 對于任意的氣相可逆反應（均視為理想氣體），aA（g）+bB（g）?gG（g）+dD（g）達平衡時，由質量作用定律推得其反應的化學平衡常數可表示為下式：

式中V為反應方程式中的計量系數（對生成物V取正值， 對反應物V取負值）；Pi為反應體系中某氣體組分的平衡分壓（絕對壓力），單位以前曾采用atm、mmHg 、1N/m2，現在采用SI 制bar 或Pa（kPa）。從式（1）可以看出，由于反應前后氣體物質的量的變化Δv=（g +d）-（a +b）一般不等于零（即Δv≠0），所以理想氣體的平衡壓力（絕對壓力）是有單位的，故得到的化學平衡常數Kp也是有單位的，其單位為[ 壓力單位]△V，它可以看作是以絕對壓力表示的化學平衡常數（稱為經驗平衡常數或非標準平衡常數）。

2.熱力學基本方程式導出的化學平衡常數

某一反應在溫度T 時，任意狀態的Gibbs 變，ΔGT 和標準狀態的Gibbs 函數變之間的關系，可用等溫方程式表述，如，對于任意的氣相可逆反應

其中叫作相對壓力，它是無單位的。過去是將標態壓力定為1atm，現在將標態壓力定為bar，（1bar=1×105Pa=100kPa），即P=P=P=P=P=1bar，理想氣體壓力p 也以bar 計，那么相對壓力在數值上等于理想氣體的壓力p，而其物理意義就是相對于標準狀態的壓力（若理想氣體的壓力p單位不為bar 或atm， 而為Pa 或mmHg ，則式中壓力比值與理想氣體的壓力是不相等的）。但是它并不能真正代表理想氣體的壓力（因壓力是有單位的，而相對壓力是無單位的）。若體系處于平衡狀態，則反應的ΔGT = 0。（2）式體系中各氣態物質的分壓均成為平衡時的分壓，此時生成物相對壓力次方的乘積比上反應物相對壓力次方的乘積就為一常數，此常數就是化學平衡常數，表示為：

因此由熱力學基本方程導出的化學平衡常數，是相比于標準態的“相對值” ，是一個無單位的相對值，我們可以把它理解為以相對壓力表示的化學平衡常數（我們稱之為標準平衡常數）。

從上面討論我們可以看出：對于反應物計量系數之和等于生成物計量系數之和的反應，其經驗平衡常數是無量綱的純數，與壓力、濃度所用的單位無關，而且也等于標準平衡常數之值.對于反應物計量系數之和不等于生成物計量系數之和的反應，則其經驗平衡常數是有量綱的量，其數值就與壓力、濃度所用的單位有關。只有當壓力、濃度的單位與熱力學數據表中對應標準態的單位相同時，所計算的經驗平衡常數數值才能與標準平衡常數數值相同。從本質上講，它確是沒有量綱的量，而且二者是統一的。中學教材中涉及的平衡常數是經驗平衡常數，故在高考題中所考查的平衡常數是有單位的。

編輯：張 昀