化学平衡常数在解决疑难问题中的几处妙用

化学平衡常数在解决疑难问题中的几处妙用

赵建清

化学平衡是中学化学中重要的理论内容。也是学生最难掌握的。化学平衡常数定可量解决平衡移动问题。中学化学中涉及到的平衡主要有：化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀－溶解平衡。在这些平衡中如能巧妙的运用平衡常数，则问题往往会变得易于解决。

一、 判断平衡移动的方向。

如对于可逆反应()()()()mA g nB g pC g qD g ??→++←??

在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系： ()()

()()p q m n C c C D C A C B Qc ?=? Qc 叫该反应的浓度商

Qc ＜K ，反应向正反应方向进行

Qc ＝K ，反应处于平衡状态

Qc ＞K ，反应向逆反应方向进行

一定温度下弱电解质越稀越容易电离这是我们教师们总结出来的经验规律。这一经验我们就可以利用浓度商和平衡常数大小的比较来证明它的正确性。就拿0.1mol/L CH 3COOH 稀释10倍为例：

+-

33122

122

22122

1 CH COOH H +CH COO 0.1C 0.1 C 0.1 C 0.1 C 0.1 C 0.1C c c Q K Q K

?=

?=<稀释前 C C C 稀释10倍后C C C

上面的计算说明醋酸稀释过程中平衡向正反应方向移动。因此弱电解质在稀释过程中电离程度也应该是增大的。

二、 加深对弱电解质理解的作用

离子共存问题是中学化学考察溶液中进行的反应的好方式。学生因为对弱电解质的理解缺少一些直观的感性认识，因而在习题演练的过程中经常犯错。究其原因是因为教材中关于弱电解质的部分电离缺失一些必要的数据。这时如果我们拿出弱电解质的相关解离常数进行一些简单的计算，学生就会对弱电解质有一个清晰的认识。如遇到下面几个离子能否在溶液中大量共存的例子：

①-+3CH COO H ②-+65 C H O H ③ -+ ClO H ④2-+3 CO H

学生对这些离子是否能够共存潜意识中比较模糊，因为初中就复分解反应发生的条件是产生沉淀、气体、水。其实水恰恰是弱电解质的一个代表而已。弱电解质越难电离则其电离的逆过程就越容易进行。

① -+335311CH COO + H CH COOH K==(CH COOH) 1.810

a K -?

② -+6565106511 C H O +H

C H OH K ( C H OH) 1.110a K -?＝= ③ -+

811 ClO + H HClO K K HClO) 2.9510a -?＝=( ④ 2+33112311 CO + H CO K (CO ) 5.610a H K H ----=?＝

平衡常数的大小反映出了反应进行程度的大小。我们看到弱酸解离的平衡常数越小，则其逆过程的平衡常数也就越大 。 经过这样的简单计算会让我们的学生更加清楚的认识到，弱电解质在溶液中主要以分子形式存在的事实。

三、 对平衡产物的判断

在化学中好多反应都涉及到弱电解质的平衡常数。如果没有平衡常数一些问题解释起来是十分困难的。例如：苯酚钠溶液中通入二氧化碳后其主要产物是碳酸氢钠还是碳酸钠的问题一直困扰着我们的学生。作为碳酸来讲它是二元弱酸应把其认为是两种酸即第一步解离是一种，第二步解离是另一种，也只有这样才能很好的认识碳酸。下面我们应用平衡常数值的相对大小来证明：苯酚钠溶液中通入二氧化碳后其主要产物应是碳酸氢钠。 6522

365+6536531+65236523732310

65 C H O + H CO + C H OH (C H OH)(CO )

(C H OH)(CO )()

K (C H O )()(C H O )()()() 4.410 4.410(C H OH) 1.010O CO H C C H C C H C H C C H CO C C H CO C H K H CO K --------+???=????===??＝

265336522+6536532+65365311

31065 C H O +CO CO + C H OH

(C H OH)(CO )

(C H OH)(CO )()

K (C H O )(CO )(C H O )(CO )()(CO ) 4.7100.47(C H OH) 1.010

H C C C C C H C C H C C H C H K H K ------------???=????===?＝

由K 1和K 2的相对大小我们认为K1是K2的9361倍，所以苯酚钠溶液中通入CO 2后产物主要是苯酚和碳酸氢钠。因而在判断一些反应到底是生成什么产物时，我们的老师应该给学生做一点这样的证明。同时也能让学生感受到化学定量计算的重要性。

四、 平衡常数对沉淀相互转化的认识

我们可以从平衡常数大小来判断沉淀相互转化的可能性。例如：向盛有白色粉末的BaCO 3试管中加入淡黄色的溶液Na 2CrO 4并搅拌、沉降后观察到溶液变成无色，固体物质变为淡黄色。白色的沉淀转化成淡黄色沉淀。已知：

93104 5.1101.210sp sp BaCO K BaCrO K --=?=? 的 的 22344322233222449310

4()()()()

()()()()()()()

5.11042.5() 1.210sp sp BaCO s CrO aq BaCrO s CO aq C CO C CO C Ba K C CrO C CrO C Ba K BaCO K BaCrO ----+--+--++?=

=??===? 从该反应的平衡常数42.5看出反应进行的程度还是比较大的。由此让学生更进一步感受到一个溶解度较大的物质转化为另一个溶解度较小物质是容易实现的。如果同种类型的两种沉淀的溶度积常数数量级相差较小时相互的转化的可能性就变得很大。

五、 平衡常数对水解微弱性认识的帮助

盐类水解的知识是高中学生最难掌握的一部分内容。究其原

因主要是我们的教学中很少能从定量的角度来认识盐类水解程度的大小。下面我们就NH 4Cl 的水解程度通过计算来认识盐类水解程度的大小。

4232 0.1 0 0

0.1 NH H O NH H O H x

x x x ++

++-起变 x x 平

324-32-432-14-10-5

()()()()()() ()()()

()

110 5.6101.810C NH H O C H K C NH C NH H O C H C OH C NH C OH K w K NH H O ++++?=

??=

?=?==?? 2

-10

-5-5

5.6100.1-2.410(/)

100%2.410100%0.1

0.024%

x x

x mol L =?≈????已水解的铵根浓度水解转化率＝起始铵根浓度

＝ ＝ 由此我们看出氯化铵水解程度其实是很小的。学生如果能感受到这一点则不会把盐类的水解扩大化。当然如果水解的离子对应的酸或碱越弱则水解程度也会变大，但对绝大多数的盐来讲，水解通常是微弱的。

六、 平衡常数对理解等效平衡的帮助

等效平衡是困扰学生的一个老大难问题。难就难在学生不清

楚其由来。如果我们从正逆反应的平衡常数互为倒数出发来证明，学生就会恍然大悟。例如：对于恒温、恒容条件下的等体积反应。如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。

222

222

2()()()

2(1)HI g H g I g y y +=-反应 起始 2 0 0

变化 2y y y

平衡 2(1-y ） y y

K 1222

222

1

(2)1(1)2(1)1K K x y x y x y ?=?=--+=

通过以上证明我们让学生明白了有关等效平衡的一点由来，学生也就不再觉得等效平衡有多么神秘。同时为学生们进一步了解其它条件下的等效平衡打下了良好的基础。

总之化学平衡常数是定量解决平衡问题的一个法宝。在日常教学中如能适时的进行一点相关的平衡常数计算往往会得到事半功倍的效果。

2

12

22(2)(1)()2()x x H I g HI g -+反应 起始 1 1 0

变化 x x 2x

平衡1-x 1-x 2x

K ＝（g ）