化學平衡的精靈

王民會

化學平衡常數統領化學平衡移動結果的分析，堪稱化學平衡的精靈。本文賞析2014對平衡常數多角度的考查。

一、化學平衡常數的常規考查

在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數，這個常數就是該反應的化學平衡常數。

易錯點1：忽略濃度“冪”

例1（重慶理綜化學卷）氫能是最重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前關注的熱點之一。儲氫可借助有機物，如利用環已烷和苯之間的可逆反應來實現脫氫和加氫。

（g）FeSO4/Al2O3（g）+3H2（g）

在某溫度下，向恒容容器中加入環己烷，其起始濃度為a mol·L-1，平衡時苯的濃度為b mol·L-1，該反應的平衡常數K= 。

解析利用三段式解題

（g）FeSO4/Al2O3（g）+3H2（g）

起始（mol/L） a 0 0

轉化（mol/L） b b 3b

平衡（mol/L） a-b b 3b

化學平衡常數K=（3b）3ba-b=27b4a-bmol3/L3；

學生易錯點K=3b3·ba-b=3b4a-b，忽略了H2前的化學計量數是3。

易錯點2：固體物質在平衡常數表達式中處理的技巧

固體物質或純液體的濃度視為常數，通常不計入平衡常數表達式中或被認為是1來處理。

例2（福建理綜化學卷）鐵及其化合物與生產、生活關系密切。

已知t℃時，反應FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g）的平衡常數K=0.25。

①t℃時，反應達到平衡時n（CO）∶n（CO2）= 。

②若在1 L密閉容器中加入0.02 mol FeO（s），并通入x mol CO，t℃時反應達到平衡。此時FeO（s）轉化率為50%，則x= 。

解析①根據反應FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g），平衡常數K

=c（CO2）/c（CO）=0.25，體積相同，所以反應達到平衡時n（CO）∶n（CO2）=4∶1。

②利用三段式解題，因為體積是1 L

FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g）

起始（mol） 0.02 x 0 0

變化（mol） 0.01 0.01 0.01 0.01

平衡時（mol） 0.01 x-0.01 0.01 0.01

因為溫度不變，所以平衡常數K=0 .25。因為體積是1 L，所以CO2（g）和CO（g）的平衡濃度分別為0.01 mol/L和（x-0.01）mol/L，可得0.01/（x-0.01）=0.25 解得x=0.05。

學生錯誤將平衡表達式表示為K=

c（CO2）×c（Fe）/c（CO）×c（FeO）=0.25，因c（Fe）與c（FeO）不知如何處理，導致此題不會解。

二、特殊體系中，平衡常數的妙用

易錯點3平衡移動，常數的變化

溫度不變，則平衡常數不變；溫度變，常數變；其它因素導致的平衡移動，平衡常數不變。

例3（海南化學卷）將BaO2放入密閉真空容器中，反應2BaO2（s）2BaO（s）+O2（g）達到平衡，保持溫度不變，縮小容器容積，體系重新達到平衡，下列說法正確的是（ ）。

A.平衡常數減小 B.BaO量不變

C.氧氣壓強不變 D.BaO2量增加

解析

化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不改變，A錯誤；

該反應的正反應是氣體體積增大的反應，當溫度保持不變時，縮小容器體積（相當于加壓），平衡會向體積減小的方向即逆方向移動，所以BaO量減小，BaO2量增加，所以B錯誤，D正確。

溫度不變，則化學平衡常數（K=c（O2）不變，所以c（O2）不變，所以氧氣壓強不變，C正確。

三、蓋斯定律運用中平衡常數的華麗變形

易錯點4在蓋斯定律中，方程式加減后，平衡常數的變化

（1）方程式中化學計量數發生變化，平衡常數也隨之改變。

（2）方程式相加時，平衡常數相乘；方程式相減時，平衡常數相除。

例4（山東理綜化學卷）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及反應：

2NO2（g）+NaCl（s）NaNO3（s）+ClNO（g）K1ΔH<0 ①

2NO（g）+Cl2（g）2ClNO（g）

K2ΔH<0 ②

（1）4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常數K總= （用K1、K2表示）。

解析（1）①×2-②即可得到4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）。此方程式的平衡常數表達式為

K總=c（Cl2）·c2（NO）/c4（NO2）

請看平衡常數的變形過程：

（1）方程式的化學計量數變化，平衡常數也變化

。如果①×2 ，則方程式變為4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2ClNO（g），此時的平衡常數變為K=c2（ClNO）c4（NO2）=K21；

方程式②2NO（g）+Cl2（g）2ClNO（g）中K2=c2（ClNO）/c2（NO）c（Cl2）

（2）方程式相減，則平衡常數相除

可得到

K總=c2（ClNO）c4（NO2）÷

c2（ClNO）c2（NO）c（Cl2）=c（Cl2）·c2（NO）/c4（NO2），即平衡常數

K總=K21K2；

學生錯誤K=K21-K2

四、化學平衡常數表達式的類比思維考查

易錯點5平衡常數用平衡分壓代替平衡濃度計算

學生對壓強計算雖然陌生，但根據信息：用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數。

例5（全國理綜Ⅰ化學卷）乙醇是重要的有機化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產。

圖1為氣相直接水合法生產中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系（其中n（H2O）∶n（C2H4）=1∶1）

圖1

回答下列問題：

①列式計算乙烯水合制乙醇反應（CH2=CH2+H2O催化劑C2H5OH）在圖中A點（對應的轉化率為20%）的平衡常數Kp=（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

解析A點乙烯的平衡轉化率是20%。

第一步：利用三段式先求出平衡時各物質的量

CH2=CH2+H2O催化劑C2H5OH

起始 1 mol 1 mol 0

轉化 0.2 mol 0.2 mol 0.2 mol

平衡 0.8 mol 0.8 mol 0.2 mol

第二步：氣體的總物質的量為：0.8 mol+0.8 mol+0.2 mol=1.8 mol

第三步：總壓強為7.85 MPa，所以平衡時

乙烯的分壓：p（C2H4）=7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol=7.85 MPa×4/9

水蒸氣的分壓：p（H2O）=7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol=7.85 MPa×4/9

乙醇的分壓：p（C2H5OH）=7.85 MPa×0.2 mol/1.8 mol=7.85 MPa×1/9

則平衡常數Kp=p（C2H5OH）p（C2H4）×p（H2O）=（1/9）×7.85 MPa（4/9）×7.85 MPa×（4/9）×7.85 MPa=0.03 MPa-1

總之，平衡常數是高考的必考點，千變萬化，不離其宗，掌握基本表達式，注意幾個應用特點，學會由濃度向壓強的變化，是歸類學習的一種捷徑。

（收稿日期：2015-01-23）