淺談化學(xué)平衡常數(shù)在解題中的應(yīng)用

新疆烏魯木齊市第一中學(xué) 張 芳

高考新課標(biāo)明析：掌握化學(xué)平衡的特征，了解化學(xué)平衡常數(shù)（K）的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。而化學(xué)平衡常數(shù)成為新課標(biāo)地區(qū)的高考命題熱點(diǎn)，每年不管?？歼€是高考，都會(huì)涉及到相關(guān)內(nèi)容。如2016年各省高考題中，都對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行了考查，并且試題的綜合性很強(qiáng)，知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)程度大，能力要求高?；瘜W(xué)平衡是必考選修4?？贾械闹匾睦碚搩?nèi)容。也是學(xué)生最難掌握的。對(duì)于初學(xué)者來說，在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的時(shí)候，總感覺不同意義的平衡常數(shù)K太多，容易混淆出錯(cuò)，公式也很多，好不容易把公式記下來，真正在具體應(yīng)用時(shí)又無從下手。究其根源還是對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的概念和意義理解不透徹。本文重在幫助學(xué)生理解并掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念和意義。

一、深刻理解化學(xué)平衡常數(shù)的概念

化學(xué)平衡常數(shù)是在一定溫度下，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，也無論反應(yīng)物起始濃度是大還是小，最后都能達(dá)到平衡，這時(shí)各生成物濃度冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度冪的乘積所得的比值是個(gè)常數(shù)，用K表示。例如：（式中個(gè)濃度均為平衡濃度）。化學(xué)平衡常數(shù)是一個(gè)常數(shù)，只要溫度不變，對(duì)于一個(gè)具體的可逆反應(yīng)就對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的常數(shù)值。

二、應(yīng)用平衡常數(shù)應(yīng)注意的問題

（1）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。

（2）反應(yīng)物或生成物中有固體和純液體存在時(shí)，其濃度可看做“1”，因而不用代入公式（類似化學(xué)反應(yīng)速率中固體和純液體的處理）。

（3）化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若反應(yīng)方向改變，則平衡常數(shù)改變。若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，化學(xué)平衡常數(shù)也會(huì)改變。

三、考查化學(xué)平衡常數(shù)的意義

1. 化學(xué)平衡常數(shù)值的大小是可逆反應(yīng)進(jìn)行程度的標(biāo)志。它能夠表示出可逆反應(yīng)進(jìn)行的完全程度。一個(gè)可逆反應(yīng)的K值越大，說明平衡時(shí)生成物的濃度越大，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率也越大。也就是正反應(yīng)的趨勢(shì)越強(qiáng)，反之亦然?？梢哉f，化學(xué)平衡常數(shù)是一定溫度下一個(gè)可逆反應(yīng)本身固有的內(nèi)在性質(zhì)的定量體現(xiàn)。是化學(xué)反應(yīng)在該條件下進(jìn)行的最大限度。

2. 一般認(rèn)為K＞105反應(yīng)較完全，K＜105反應(yīng)很難進(jìn)行。平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，估計(jì)反應(yīng)的可能性。因?yàn)槠胶鉅顟B(tài)是反應(yīng)進(jìn)行的最大限度。

3. 平衡常數(shù)數(shù)值的大小，只能大致告訴我們一個(gè) 可逆反應(yīng)的正向反應(yīng)所進(jìn)行的最大程度，并不能預(yù)示反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。

4. 平衡常數(shù)數(shù)值極小的反應(yīng)，說明正反應(yīng)在該條件下不可能進(jìn)行，如:K =10-30(298K)所以常溫下用此反應(yīng)固定氮?dú)馐遣豢赡艿摹?/p>

四、考查化學(xué)平衡常數(shù)的簡(jiǎn)單計(jì)算

1. 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷

對(duì)于可逆反應(yīng)：

任意給出濃度代入下式：

若Qc＞K，反應(yīng)向逆向進(jìn)行；若Qc＝K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；若Qc＜K，反應(yīng)向正向進(jìn)行。

（1）若溫度升高到950℃，達(dá)到平衡時(shí)K_____1（填寫“＞”“＜”或“＝”）。

（2）在850℃時(shí)，固定容積的密閉容器中，放入混合物，起始濃度c(CO)＝0.01mol/L，c[H2O(g)]＝0.03mol/L，c(CO2)＝0.02mol/L，c(H2)＝0.05mol/L，則反應(yīng)開始時(shí)，H2O(g)的消耗速率比生成速率_____（填寫“大”“小”或“不能確定”）。

（3）保持溫度、容器的體積不變，若往容器中存入適量的H2，則重新達(dá)到平衡，CO的反應(yīng)速率比充H2之前_____（填寫“大”“小”或“不能確定”），理由是________。

解析：（1）K＜1

（2）即反應(yīng)逆向進(jìn)行，v（逆）＞v（正）。所以H2O(g)的消耗速率小于生成速率。

（3）增大，理由是增大H2的濃度，平衡向逆向移動(dòng)，CO的量比充入H2之前多，因此CO的反應(yīng)速率增大。

做此類習(xí)題只要用好三段式，求出末了濃度，然后帶入公式即可判斷。

2. 利用K值可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)：若溫度升高，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若溫度升高，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

如2 0 1 6年烏魯木齊市三模27.【例題5】（3） 利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

上述反應(yīng)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，它們隨溫度變化的曲線如下圖所示。

則Δ H1___Δ H3（填“>”、“＜”、“=”），理由是_______ 。

此題重在明析平衡常數(shù)隨溫度的變化趨勢(shì)和規(guī)律來判斷其焓變大小。本題由圖可知隨著溫度升高，K2曾大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以ΔH2大于0；溫度升高，K1和K3值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；ΔH1和ΔH3小于0，又由蓋斯定律可知ΔH3=ΔH1+ΔH2，所以ΔH1___＜ΔH3。要做對(duì)本題重在掌握若溫度升高，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若溫度升高，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)這個(gè)原理。

總之, 在近些年的高考試題中,對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)相關(guān)知識(shí)的考查穩(wěn)中有升，并且試題的綜合性很強(qiáng)，知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)程度大，能力要求高。足可見化學(xué)平衡常數(shù)是化學(xué)反應(yīng)原理中非常重要的知識(shí)點(diǎn)之一。因此,需要加強(qiáng)化學(xué)平衡常數(shù)相關(guān)知識(shí)的教學(xué),提升學(xué)生對(duì)"化學(xué)平衡常數(shù)"概念和其意義的理解，進(jìn)而掌握實(shí)際的應(yīng)用能力.關(guān)于平衡常數(shù)的應(yīng)用概括起來，可以分為直接應(yīng)用和綜合應(yīng)用兩個(gè)方面。通過平衡常數(shù)可以直接判斷一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的程度；或間接的通過平衡常數(shù)來判定反應(yīng)的熱效應(yīng)和反應(yīng)進(jìn)行的方向；不管是哪方面的應(yīng)用，首先理解并掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念和意義是非常有必要的。