聚焦化學(xué)平衡常數(shù)

◇ 甘肅 孫國(guó)永

在《化學(xué)反應(yīng)原理》中，我們學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡常數(shù)(K)、水的離子積常數(shù)(Kw)、電離平衡常數(shù)(Ka或Kb)和溶度積常數(shù)(Ksp)，許多學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常將它們弄混，導(dǎo)致不能有效解決問(wèn)題.鑒于此，我們從平衡常數(shù)的概念和特點(diǎn)出發(fā)，一起進(jìn)行分析，以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)平衡常數(shù).

1 不同的概念

1.1 化學(xué)平衡常數(shù)(K)

化學(xué)平衡常數(shù)一般用于可逆反應(yīng)中，具體指在一定溫度下，不考慮開(kāi)始時(shí)的反應(yīng)物濃度大小，當(dāng)這個(gè)可逆反應(yīng)最終達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各生成物的濃度冪(以其化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù))之積與各反應(yīng)物濃度冪之積的比是一個(gè)常數(shù)，一般用K 表示.因此，K 值的大小直觀地反映了可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的大小，K 越大，生成物的濃度越大，轉(zhuǎn)化率也越大.我們可以利用K 值來(lái)判斷反應(yīng)是否平衡以及反應(yīng)進(jìn)行的方向.例如，可逆反應(yīng)：I2(g)＋H2(g)?2HI(g)，在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，

1.2 水的離子積常數(shù)(Kw)

水的離子積常數(shù)是水電離平衡時(shí)所特有的性質(zhì)，它在純水中適用，同時(shí)在任何酸性或堿性稀溶液中也適用.例如，室溫下H2O?H＋＋OH－，Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10－14mol2·L－2.

1.3 電離平衡常數(shù)(Ka 或Kb)

電離平衡常數(shù)主要是指弱電解質(zhì)溶液在一定條件下達(dá)到電離平衡，其溶液中各種離子濃度的乘積和溶液中未電離的分子濃度的比值，這個(gè)比值是一個(gè)常數(shù)，用K 表示，其中，Ka表示弱酸的電離平衡常數(shù)，Kb表示弱堿的電離平衡常數(shù).電離平衡常數(shù)是弱電解質(zhì)的性質(zhì)，也是弱電解質(zhì)電離程度的直觀體現(xiàn)，弱電解質(zhì)電離程度越大，其K 值也越大，因此這個(gè)常數(shù)指標(biāo)也常常用來(lái)估算弱電解質(zhì)電離的趨勢(shì).

1.4 溶度積常數(shù)(Ksp)

溶度積常數(shù)主要是表現(xiàn)難溶電解質(zhì)溶解能力的指標(biāo).當(dāng)難溶物質(zhì)在水中溶解達(dá)到平衡時(shí)，其水溶液中的離子濃度冪的乘積是一個(gè)常數(shù)，即溶度積常數(shù)(Ksp).當(dāng)物質(zhì)化學(xué)式中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比相同時(shí)，物質(zhì)的Ksp數(shù)值越大，其水中的溶解能力越強(qiáng).

2 相同的特點(diǎn)

1)4個(gè)常數(shù)都與物質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)，溫度改變，數(shù)值改變.濃度或壓強(qiáng)的改變對(duì)它們無(wú)影響.

2)常數(shù)表達(dá)式中的濃度都是平衡濃度，固體或純液體不列入表達(dá)式.

3 應(yīng)用示例

A.將等體積的a mol·L－1一元酸HA 與b mol·L－1一元堿BOH 混合，混合后二者完全反應(yīng)，溶液呈中性，則a＝b

B.化學(xué)平衡常數(shù)的大小與溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑有關(guān)

C.已知25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，該溫度下反應(yīng)Fe(OH)3＋3H＋?Fe3＋＋3H2O 的平衡常數(shù)K＝2.79×103

D.某溫度下4種酸在冰醋酸中的電離常數(shù)如表1所示.那么，硫酸在冰醋酸中電離方程式為

表1

本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、電離平衡等知識(shí)，意在考查考生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.混合后的溶液完全反應(yīng)，溶液呈中性，則c(H＋)＝c(OH－)＝，但題目中的一元酸的酸性強(qiáng)弱和一元堿的堿性強(qiáng)弱沒(méi)有給出，故無(wú)法判斷兩者的濃度，選項(xiàng)A 錯(cuò)誤；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念可知，其僅與溫度有關(guān)，因此選項(xiàng)B錯(cuò)誤；Fe(OH)3中存在如下沉淀溶解平衡：

選項(xiàng)C正確；根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以得出，4 種酸在冰醋酸中電離不完全，而硫酸屬于多元酸，在冰醋酸中是分步電離的，選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為C.