周異虎

摘 ?要：平衡思想是07版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是新高考重點(diǎn)考查的素養(yǎng)，平衡常數(shù)則是平衡思想“王冠”上最璀璨的明珠，是定量化研究平衡的抓手，也是高中生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)之一，充分地認(rèn)識(shí)并掌握好平衡常數(shù)的有關(guān)知識(shí)顯得尤為重要。為此很有必要深挖平衡常數(shù)的潛在價(jià)值，充分用好平衡常數(shù)這一重要工具，提高平衡思想教學(xué)的效果。

關(guān)鍵詞：平衡 ?平衡常數(shù) ?反應(yīng)方向及程度 ?粒子濃度大小 ?鹽溶液的酸堿性 ?平衡移動(dòng)方向

中圖分類號(hào)：G633.8 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）06（b）-0224-02

從熱力學(xué)理論上來(lái)說(shuō)，任何反應(yīng)都有可逆性，其中一個(gè)就是平衡狀態(tài)，該狀態(tài)下反應(yīng)體系有個(gè)重要參數(shù)——平衡常數(shù)。平衡常數(shù)的大小只取決于反應(yīng)的本性和溫度高低，且平衡常數(shù)越大，說(shuō)明正反應(yīng)的程度越大。據(jù)此，由平衡常數(shù)的大小可確定在該溫度下可逆反應(yīng)中的正反應(yīng)能達(dá)到的程度。該文試從應(yīng)用的角度談?wù)勂胶獬?shù)（中學(xué)化學(xué)中的五大平衡常數(shù)：化學(xué)平衡常數(shù)Kc或Kp、弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)Ka或Kb、水的離子積常數(shù)KW、鹽水解平衡常數(shù)Kh和難溶電解質(zhì)溶度積常數(shù)Ksp）的奇妙作用。

1 ?判斷酸堿的強(qiáng)弱及溶液中非氧化還原反應(yīng)型離子反應(yīng)的方向及程度

在所有弱酸的電離常數(shù)Ka或弱堿的電離常數(shù)Kb表達(dá)式中，總的冪為1，所以各種弱酸或弱堿的強(qiáng)弱程度可以直接由Ka或Kb的大小反應(yīng)。在同一溫度下，Ka或Kb越大，弱酸或弱堿就越強(qiáng)，反之亦然。

例1 解釋：為什么強(qiáng)酸可以制出弱酸（這里的強(qiáng)弱只是相對(duì)而言），如反應(yīng)CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl可以發(fā)生，逆反應(yīng)卻不能進(jìn)行？

解析：CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl的離子反應(yīng)式為CH3COO-+H+=CH3COOH

∴假設(shè)該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，其

顯然，該反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明正反應(yīng)進(jìn)行的較為徹底，為不可逆反應(yīng)，其逆反應(yīng)相當(dāng)于醋酸的電離，程度很小，認(rèn)為不進(jìn)行。

再如，CH3COOH+NaCN=CH3COONa+NaCN的離子反應(yīng)式為CH3COOH+H+=CH3COO-+HCN

∴假設(shè)該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，其

同理，該反應(yīng)也是不可逆的反應(yīng)?？梢?jiàn)，凡是強(qiáng)酸與弱堿鹽的反應(yīng)，其的值總大于1，這樣的反應(yīng)可以發(fā)生，并且比值越大，反應(yīng)程度越大。同樣的道理，強(qiáng)堿也可以制出弱堿，例如，反應(yīng)NaOH+NH4Cl=NH3·H2O+NaCl發(fā)生，其逆反應(yīng)就不存在。

例2 反應(yīng)H2S+CuSO4=H2SO4+CuS↓違反了上述規(guī)律，為什么程度卻很大？

解析：表面上看該反應(yīng)是很弱的酸（氫硫酸）制出了強(qiáng)酸（硫酸），不應(yīng)該存在。但該反應(yīng)可以認(rèn)為由以下過(guò)程疊加而成：（1）H2S（aq）H+（aq）+HS-（aq） ?Ka1=1.3×10-7;

（2）HS-（aq）H+（aq）+S2-（aq） ?Ka2=7.1×10-15;（3）CuS（s）====Cu2+（aq）+S2-（aq） ?Ksp=6.3×10-36。

∴（1）+（2）-（3）得：H2S（aq）+Cu2+（aq）=2H+（aq）+CuS（s）

顯然，在生成極難溶于水的CuS推動(dòng)下，弱酸（氫硫酸）制出了強(qiáng)酸（硫酸）?？此品闯Ｇ闆r其實(shí)屬于正常。

例3 請(qǐng)解釋沉淀轉(zhuǎn)化為何一般總是溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實(shí)現(xiàn)，且溶解度差異越大，轉(zhuǎn)化越容易，如Mg（OH）2轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3？

解析：Mg（OH）2轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3的離子方程式為：3Mg（OH）2+2Fe3+====3Mg2++2Fe（OH）3

∴若該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，其

反應(yīng)的完成趨勢(shì)大得驚人。

綜上所述，溶液中非氧化還原反應(yīng)型離子反應(yīng)的方向可以由確定反應(yīng)的平衡常數(shù)K的大小來(lái)判定，確定平衡常數(shù)K的能力是《化學(xué)反應(yīng)原理》中平衡思想的關(guān)鍵能力，反映著學(xué)生是否真正對(duì)平衡思想理解和融會(huì)貫通了，也是新高考將來(lái)必考的能力。

2 ?判斷溶液中粒子濃度大小或水解鹽溶液的酸堿性

應(yīng)用平衡常數(shù)的定量化功能，可以幫助判斷溶液中粒子濃度大小或水解鹽溶液的酸堿性。

例4 請(qǐng)確定NaH2PO4溶液的酸堿性，并排出粒子濃度的順序來(lái)。

解析：NaH2PO4溶液中存在的過(guò)程如下（一定要按程度由大到小的順序排列）：

（1）NaH2PO4=Na++H2PO4-

（2）H2PO4-H++HPO42- ?Ka2=6.3×10-8

（3）H2PO4-+H2OH3PO4+OH-

（4）HPO42-H++PO43- ?Ka3=4.2×10-13

（5）H2OH++OH- ?KW=1.0×10-14

又∵影響溶液酸堿性的過(guò)程（2）（3）（4）中Ka2>>Kh>Ka3

∴NaH2PO4溶液中，c（H+）>c（OH-），溶液呈酸性（較強(qiáng)），依照以上由強(qiáng)到弱的變化趨勢(shì)不難排出粒子濃度的順序如下：c（Na+）>c（H2PO4-）>c（H+）>c（HPO42-）>c（OH-）>

c（H3PO4）>c（PO43-）。

可以看出，多元弱酸與強(qiáng)堿形成的酸式鹽溶液的酸堿性取決于酸式鹽陰離子水解程度與自身第一步電離程度的相對(duì)大小，可由酸式鹽陰離子水解平衡常數(shù)Kh與鹽酸式陰離子自身第一步電離平衡常數(shù)（不是相應(yīng)酸的第一步電離，如H2PO4-的第一步電離平衡常數(shù)為Ka2，而不是Ka1）的相對(duì)大小來(lái)判定。

3 ?判斷平衡移動(dòng)方向

判斷平衡移動(dòng)方向，用平衡移動(dòng)原理（又叫勒夏特列原理）或外界條件對(duì)平衡影響規(guī)律去解決比較合適，用平衡常數(shù)與濃度商或離子積的相對(duì)大小也可以做出判斷，兩種方法比較：前者抽象難理解，但掌握了以后用起來(lái)簡(jiǎn)便易行，后者剛好相反。所以剛開始學(xué)習(xí)平衡移動(dòng)原理（又叫勒夏特列原理）或外界條件對(duì)平衡影響規(guī)律時(shí)，建議結(jié)合平衡常數(shù)的必要推導(dǎo)幫助學(xué)生過(guò)好原理的理解關(guān)。

例5 為什么在其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡會(huì)向著氣體體積縮小的方向移動(dòng)？

解析：已知，在一定條件下容積為V的密閉容器中反應(yīng)aA（g）bB（g）達(dá)平衡時(shí)，（為了方便推導(dǎo)，這里只取一種反應(yīng)物和一種生成物）。

某時(shí)刻瞬間將容器的容積減半（V→V/2），則壓強(qiáng)加倍，A、B的濃度瞬間加倍，此時(shí)有：

反應(yīng)體系的

∴當(dāng)aK，平衡逆向移動(dòng);當(dāng)a=b時(shí)，QC=K，平衡不移動(dòng);當(dāng)a>b時(shí)，QC

總之，在其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡會(huì)向著氣體計(jì)量數(shù)和小的方向移動(dòng)，減小壓強(qiáng)平衡會(huì)向著氣體計(jì)量數(shù)和大的方向移動(dòng)，如果反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)和相等，平衡則不發(fā)生移動(dòng)。

弱電解質(zhì)稀溶液在稀釋時(shí)電離平衡正向移動(dòng)、溶液混合過(guò)程中難溶電解質(zhì)是否析出沉淀等原理的理解與此類似，這里不再贅述。

以上，談了筆者對(duì)平衡常數(shù)應(yīng)用粗淺的認(rèn)識(shí)，平衡常數(shù)的應(yīng)用并不止這些，由于才疏學(xué)淺，可能掛一漏萬(wàn)，并沒(méi)有將平衡常數(shù)神奇美妙之處充分地展現(xiàn)出來(lái)，希望有更多的人參與到挖掘平衡常數(shù)這一寶貴礦產(chǎn)的交流研討中，豐富大家對(duì)平衡常數(shù)的認(rèn)識(shí)，讓平衡思想這一化學(xué)核心素養(yǎng)扎根學(xué)生的腦海。

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