化学平衡常数浅析

沈天乐

化学平衡常数是化学可逆反应在一定条件下达到平衡的标志，也是化学反应自动进行的深度标志，在无机化学的研究中发挥着重要作用。因此，以化学平衡常数为研究中心，可以从本质上解释化学平衡移动的规律，利用化学平衡常数将化学平衡理论、电离平衡理论、盐类水解理论相联系，更可以解释平衡常数的科学性。

一、化学平衡的定义

化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。

1864年，古德伯格（G.M.Guldberg）提出化学平衡常数，成为化学平衡的动力学真实图像。在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也不管反应物起始浓度大小，最后都达到平衡。这时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数，这个常数叫化学平衡常数。

对于化学平衡状态的通用表达为：mA+nB pC+qD，其平衡浓度存在下列公式：k=■

在任何一个打到平衡状态的化学反应中，K的值都是一个定数，即化学平衡常数。

通常，我们可以分别通过化学方法和物理方法来测定平衡常数，化学方法是通过化学分析法测定反应达到平衡时各物质的浓度。但必须防止因测定过程中加入化学试剂而干扰了化学平衡。因此，在进行化学分析之前，必须使化学平衡“冻结”在原来平衡的状态。物理方法就是利用物质物理性质的变化测定达到平衡时各物质浓度的变化，如通过测定体系的折光率、电導、颜色、压强或容积的改变来测定物质的浓度。物理方法的优点是在测定时不会干扰或破坏体系的平衡状态。

二、化学平衡的物理意义

通过化学平衡常数的公式可以看到，其具有独特的物理特性，其物理意义为：借助化学平衡常数与浓度商的对比可以判别一个反应是否达到平衡状态；平衡常数数值的大小是反应进行程度的标志，它能很好地表示出反应进行的完全程度——一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物剩余浓度越小，反应物的转化率也越大，也就是正反应的趋势越强；平衡常数是化学反应的特性常数，它不随物质的初始浓度 （或分压）而改变，仅取决于反应的本性，一定的反应，只要温度一定，平衡常数就是定值。

平衡常数表达式表明在一定温度下，体系达成平衡的条件。对于一般可逆反应：mA+nB pC+qD，其平衡浓度存在下列公式：K=■

平衡常数K只受温度影响，既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关，也与压强的改变无关。由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率，故平衡常数不受催化剂影响。任何可逆反应，当温度保持不变，改变影响化学平衡的其他条件时，即使平衡发生移动，K值不变。其他条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向正（或逆）反应方向移动，K增大（或减小）；若正反应是放热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向逆（或正）反应方向移动，K减小（或增加）；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。

三、平衡常数的多领域分析

在科学研究的不同领域内，平衡现象无处不在。在溶液体系、气相平衡、固液两相平衡体系中，都存在着平衡状态，每一个平衡状态都有一个用于表达平衡状态的平衡常数的存在，从化学平衡常数K的角度上进行广义的分析和拓展，可以引导出更多领域的平衡常数，其具有共同的常数特征，且可以广泛应用于工程应用中。

在气相平衡系统中，由多种混合物构成一个封闭系统，并有气—液两相共存，一定的温度和压力下，两相达到平衡时，各组分在汽液两相中的化学位趋于相等。因此，可以用气相平衡常数表示其平衡的标志。工程上常利用相平衡常数计算液化石油气的气相组成和液相组成。

在沉淀平衡系统中，难溶电解质尽管难溶，但还是有一部分阴阳离子进入溶液，同时进入溶液的阴阳离子又会在固体表面沉积下来。当这两个过程的速率相等时，难溶电解质的溶解就达到平衡状态，固体的量不再减少。此时，用沉淀平衡常数（简称溶度积）来表示其平衡的标志。

在电离平衡系统中，具有极性共价键的弱电解质溶于水时，其分子可以微弱电离出离子。同时，溶液中的相应离子也可以结合成分子，弱电解质分子电离出离子的速率不断降低，而离子重新结合成弱电解质分子的速率不断升高，当两者的反应速率相等时，溶液便达到了电离平衡。此时，溶液中电解质分子的浓度与离子的浓度分别处于相对稳定的状态，达到动态平衡，用电离平衡常数表示其平衡标志。

四、结论

本文通过多种角度对化学平衡常数进行了详细分析，可以发现，化学平衡只是一种相对的、暂时的状态，当平衡条件改变时，会破坏原来的平衡状态。从广义的分析上来看，平衡状态存在于各个领域内，在以后的研究中，如果将化学平衡常数的特性推广到更广阔的领域内，将可以更灵活地运用平衡常数判断各类系统反应的可能性、预言反应的方向与计算反应进行的程度等。

参考文献：

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