化学平衡常数浅述

徐昭

摘 要： 化学平衡常数是对化学平衡进行定量研究的最重要参数。新课改以来，全国各省高考试题表明，对于化学平常数的考察，除教材难度的考点外，还存在教材没有明确强调的考点，如何应对化学平衡常数全方位、多角度的考察？化学平衡常数包含了哪些要点？怎样求化学平衡常数？怎样用化学平衡常数？用化学平衡常数可以求什么内容？作什么判断？本文就对“化学平衡常数”进行全面的介绍。

关键词： 化学平衡常数 规则 意义 单位

化学平衡是中学化学最重要的平衡之一，对化学平衡进行定量研究最重要的参数就是化学平衡常数。《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲》（理科·课程实验标准版）对化学平衡常数提出了明确的要求，即“理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算”，可见高考对于“化学平衡常数”的考察是必然的。而在现行人教版选修4（化学反应原理）中，关于化学平衡常数的表述不多，教材只是强调了“化学平衡常数”的定义，“化学平衡常数”只受温度影响，与反应物和生成物的浓度变化无关，第一个例题求化学平常数，第二个例题用化学平衡常数。

新课改以来，全国各省高考试题表明，关于化学平常数的考察，除教材难度的考点外，还存在教材没有明确强调的考点，现对“化学平衡常数”进行全面的介绍。

对于一般的可逆反应：aA+bB？葑gG+hH，在一定温度下，达到平衡时，体系中物质的浓度间有如下关系：

[G]■[H]■/[A]■[B]■=K（K称为该反应的化学平衡常数）

平衡常数能表明化学反应进行的程度。一般来说，K>10■，可视为正向反应进行完全，而K<10■时，视为反应不能进行，当10■

1.平衡常数的书写规则

①如果有固体和纯液体参加反应，它们的浓度不写在平衡常数表达式中，因为它们的浓度是固定不变的，平衡常数的表达式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。

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稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不写在平衡关系式中。

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

但是，非水溶液中的反应，如果反应式中有水（即：有水参加或有水生成），此時水的浓度不可视为常数，必须写入平衡关系式中。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同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。如：373K时，N■O■和NO■的平衡体系：

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对于气体反应，写平衡常数关系式时，除可以用平衡时的物质的量浓度表示外，也可用平衡时各气体的分压表示。如：

N■（g）+3H■（g）？葑2NH■（g）

可以写出两个平衡常数关系式：Kc=[NH■]■/[N■]·[H■]■ Kp=P■■/P■·P■■

Kc是以物质的量的浓度表示的平衡常数，其关系式中的[NH■][N■][H■]是各物质的平衡浓度。Kp是以各物质的分压表示的平衡常数，关系式中的P■、P■、P■是各物质的平衡分压。

2.平衡常数的意义

平衡常数的大小能表示可逆反应进行的程度。各个化学反应的平衡常数的大小相差很大，平衡常数越大，表示生成物平衡浓度越大，反应物平衡浓度越小，也就是反应进行得越彻底。例如：27℃时，反应N■+O■？葑2NO的K=3.84×10■，反应2SO■+O■？葑2SO■的K=3.10×10■。这说明上述两个反应达到平衡后，前者反应的程度甚小，几乎可以认为没有发生反应；后者基本上趋于完全反应，转化率特别高。

利用平衡常数还可以判断可逆反应进行的方向。

对于可逆反应：aA+bB？葑pC+qD，若给定A、B、C和D的浓度，则可利用平衡常数K判断反应进行的方向。其方法为：把这些物质的浓度代入平衡常数表达式中进行计算，把计算结果与平衡常数进行比较：

当[C]■[D]■/[A]■[B]■=K时，此反应处于平衡状态；

当[C]■[D]■/[A]■[B]■

当[C]■[D]■/[A]■[B]■>K时，此反应就向逆反应方向进行。

3.平衡常数的单位

平衡常数有单位，由于意义不大，通常不写。有的反应平衡常数单位是1，有的不是1。如：

H■+I■？葑2HI平衡常数单位是1

N■O■（g）？葑2NO■（g）平衡常数单位是mol/L

N■（g）+3H■（g）？葑2NH■（g）平衡常数单位是L■/mol■

[例1]有一密闭抽成真空的容器内，放有无水FeSO■与0.095 mol硫黄，通入纯氧，把体系加热，使它们发生化学反应。在恒定101325Pa及927K下长时间保持平衡，经分析该条件下平衡气相含氧0.005mol，残渣中并未发现残存的硫，试通过计算说明该条件下残渣是什么。

已知此条件下：

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]通入纯氧反应后，无残存硫，说明全部被氧化为SO■和SO■，若假定第一个反应不发生，则SO■、SO■和O■的分压必须满足第二个平衡。因为NO2已知，故可由K■值求出Pso■和Pso■，然后求出第一个反应的Qp，并与K■比较，从而判断假设是否正确，分析如下：

若生成SO■为xmol，则SO■为：（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。

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

所以，此时FeSO■不可能发生分解，残渣为无水FeSO■。

[练习]平衡常数Kc的数值大小，是衡量化学反应进行程度的标志。在25℃时，下列反应的平衡常数如下：

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）常温下，NO分解产生O■反应的平衡常数的表达式为K=？摇 ？摇。

（2）常温下，水分解产生O■，此时平衡常数值约为K=？摇 ？搖。

（3）常温下，NO、H■O、CO■三种化合物分解放出氧气的倾向大小顺序为？摇 ？摇。

（4）北京市政府要求全市对所有尾气处理装置完成改装，以求基本上除去氮氧化物、一氧化碳污染气体的排放，而改装后的尾气处理装置主要是加入有效催化剂，请你根据以上有关数据分析仅使用催化剂除污染气体的可能性。

参考答案：

（1）K=CN■CO■/C■NO

（2）5×10■

（3）NO>H■O>CO■

（4）NO、CO与O■反应进行的程度很大，使用合适的催化剂加快反应速率，在水蒸气存在下生成HNO■和CO■，则基本上可以除去污染气体。

参考文献：

[1]教育部考试中心编.2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程实验标准版）.高等教育出版社.

[2]总主编王祖浩.主编邓立新.化学竞赛教程.华东师范大学出版社.

[3]南京师范大学无机化学教研室编.无机化学.高等教育出版社.北京师范大学华中师范大学.