沈天樂

化學(xué)平衡常數(shù)是化學(xué)可逆反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡的標(biāo)志，也是化學(xué)反應(yīng)自動進(jìn)行的深度標(biāo)志，在無機(jī)化學(xué)的研究中發(fā)揮著重要作用。因此，以化學(xué)平衡常數(shù)為研究中心，可以從本質(zhì)上解釋化學(xué)平衡移動的規(guī)律，利用化學(xué)平衡常數(shù)將化學(xué)平衡理論、電離平衡理論、鹽類水解理論相聯(lián)系，更可以解釋平衡常數(shù)的科學(xué)性。

一、化學(xué)平衡的定義

化學(xué)平衡是指在宏觀條件一定的可逆反應(yīng)中，化學(xué)反應(yīng)正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物各組分濃度不再改變的狀態(tài)。

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

對于化學(xué)平衡狀態(tài)的通用表達(dá)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(tài)的化學(xué)反應(yīng)中，K的值都是一個定數(shù)，即化學(xué)平衡常數(shù)。

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

二、化學(xué)平衡的物理意義

通過化學(xué)平衡常數(shù)的公式可以看到，其具有獨(dú)特的物理特性，其物理意義為：借助化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的對比可以判別一個反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；平衡常數(shù)數(shù)值的大小是反應(yīng)進(jìn)行程度的標(biāo)志，它能很好地表示出反應(yīng)進(jìn)行的完全程度——一個反應(yīng)的K值越大，說明平衡時生成物的濃度越大，反應(yīng)物剩余濃度越小，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也越大，也就是正反應(yīng)的趨勢越強(qiáng)；平衡常數(shù)是化學(xué)反應(yīng)的特性常數(shù)，它不隨物質(zhì)的初始濃度 （或分壓）而改變，僅取決于反應(yīng)的本性，一定的反應(yīng)，只要溫度一定，平衡常數(shù)就是定值。

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

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

三、平衡常數(shù)的多領(lǐng)域分析

在科學(xué)研究的不同領(lǐng)域內(nèi)，平衡現(xiàn)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(tài)，每一個平衡狀態(tài)都有一個用于表達(dá)平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)的存在，從化學(xué)平衡常數(shù)K的角度上進(jìn)行廣義的分析和拓展，可以引導(dǎo)出更多領(lǐng)域的平衡常數(shù)，其具有共同的常數(shù)特征，且可以廣泛應(yīng)用于工程應(yīng)用中。

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

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

在電離平衡系統(tǒng)中，具有極性共價鍵的弱電解質(zhì)溶于水時，其分子可以微弱電離出離子。同時，溶液中的相應(yīng)離子也可以結(jié)合成分子，弱電解質(zhì)分子電離出離子的速率不斷降低，而離子重新結(jié)合成弱電解質(zhì)分子的速率不斷升高，當(dāng)兩者的反應(yīng)速率相等時，溶液便達(dá)到了電離平衡。此時，溶液中電解質(zhì)分子的濃度與離子的濃度分別處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到動態(tài)平衡，用電離平衡常數(shù)表示其平衡標(biāo)志。

四、結(jié)論

本文通過多種角度對化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)平衡只是一種相對的、暫時的狀態(tài)，當(dāng)平衡條件改變時，會破壞原來的平衡狀態(tài)。從廣義的分析上來看，平衡狀態(tài)存在于各個領(lǐng)域內(nèi)，在以后的研究中，如果將化學(xué)平衡常數(shù)的特性推廣到更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)，將可以更靈活地運(yùn)用平衡常數(shù)判斷各類系統(tǒng)反應(yīng)的可能性、預(yù)言反應(yīng)的方向與計算反應(yīng)進(jìn)行的程度等。

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